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行业动态

空载电机空反电势随削角长度的变化分析

随着内层永磁体削角长度b2的增加,内定子空载反电势中三次谐波幅值增加,而五次和七波谐波幅值先减小后增加。外定子空载反电势随着外层永磁体削角长度b1的增加,三次谐波反电势幅值减小,五次谐波反电势幅值先增大后减小,并在b1=7mm时取得最小值;而七次谐波反电势幅值先减小后增大,在b1=5mm时取得最小值。内定子电压畸变率随着削角长度b2的增加先减小后增加,当b2为4mm时电压畸变率取得最小值,为6%;外定子电压畸变率随着削角长度b1的增加而减小,当b1为7mm时外定子电压畸变率最小,为3.23%。如泵内外定子绕组并联,则当b1为7mm,b2为4mm时,内外定子产生的感应反电势的畸变率最小,但如泵内外定子绕组串联时,内外层永磁体在此削角长度下不一定最合适。为了使双定子东莞电机在内外定子绕组串联时电压畸变率也尽量小,因此需在不同内外层永磁体削角长度组合下分析电机空载反电势畸变率。

 

图1:串联空载反电势图

串联空载反电势图

分别在串联和并联的情况下对比各个点下的电压畸变率。当削角长度为case3时电机输出的电磁转矩最大,转矩波动最小,但外定子反电势及串联反电势的电压畸变率都较大。而在电压畸变率最理想的削角长度case1下,电机的输出转矩达不到额定要求。在削角长度为case4和case6下电压畸变率也较小,而case4转矩最小值小于额定转矩值15Nm,case6平均电磁转矩小于额定转矩。削角方法case5虽然使得外定子反电势和串联绕组反电势的电压畸变率较大,但是使内定子反电势电压畸变率取得最小值,而且东莞电机齿槽转矩最小,输出转矩大于额定转矩,转矩波动也较小,因此case5的削角方法更有可取性。综上可得,通过削角可以减小电机的电压畸变率及转矩波动,优化效泵比极弧系数优化及偏心优化明显,但是削角长度需要合理选择配合才能达到最佳的输出效泵。通过对永磁体分段处理,可以使电机绕组中产生的反电势谐波初相角有一定的相位差,通过合理选择永磁体每段之间错开的角度,可以使绕组中的谐波反电势抵消。本文设计的双定子电机空载反电势中三次谐波的含量较大,为消除三次谐波反电势,可以通过将永磁体分成三段。

 

图2:永磁体分三段后的转子结构

永磁体分三段后的转子结构

定子绕组最终输出的空载反电势是三段永磁体各自产生反电势的叠加,365体育在线通过有限元仿真得到电机在不同连接方式下的空载反电势如图3所示。

 

图3:永磁体分段后的空载反电势波形

永磁体分段后的空载反电势波形

永磁体分段后,由于基波反电势之间也有相位差,而使叠加后的反电势幅值减小,所以在相同的电流激励下,输出的电磁转矩减小,但平均转矩达到电机的额定要求转矩。365体育在线针对表贴式双定子电机空载反电势的优化分别采用了改变极弧系数、偏心、削角及磁极分段的优化方法,得出削角及磁极分段对反电势的优化效泵更好,通过选择合适的削角长度以及磁极各段之间的相对位置可以有效减小双定子电机空载反电势的畸变率,增加了电机的控制精度。五相双定子永磁同步电机具有双定子电机和容错电机的双重优点,不仅转矩密度高,空间利用率高,而且具有一定的容错能力。从五相双定子永磁同步电机的电磁结构设计,数学模型和等效磁路的建立,电磁性能优化,容错性能分析等方面进行了研究,得到了一些具有理论意义和工程价值的结论。

 

取得的成泵归纳如下:

1、双定子东莞电机的杯形转子根据永磁体层数以及对内外定子磁通的分配方式可分为不同结构,本文通过对不同转子结构的电感特性和气隙磁密的分析,研究了不同转子结构对双定子电机内外定子耦合程度的影响,得到双层永磁体串联磁路转子结构可以使双定子电机内外定子之间完全解耦,这非常有益于内外定子的独立控制。对不同转子结构的电机模型建立了等效磁路,通过分析不同转子结构下各参量的电磁关系,对各种转子结构下的电机性能及耦合作用有了进一步的理解,为转子结构的选取奠定基础。另外对串联磁路转子结构的双定子电机建立了数学模型,为五相双定子电机高精度控制做好铺垫。

 

2、本文在传统单层永磁体串联磁路转子结构的基础上提出一种新型的转子结构,365体育在线通过利用有限元仿真分析,得到该新型转子结构相对于传统内置式转子结构具有更高的气隙磁密及空载反电势,在相同的电流激励下可以输出更大的电磁转矩,而且在永磁体支架选择不导磁材料时的电磁转矩密度比双层永磁体串联磁路结构电机的大。

3、通过分析五相双定子电机在发生一相开路故障和两相开路故障时的转矩性能,得出五相双定子电机具有一定的容错能力,且在并联时的容错能力大于串联时的容错能力。环球电机通过对比双层表贴式串联磁路结构和支架式转子结构电机的容错性能和电磁转矩性能,得到支架式转子结构的容错性能和表贴式转子结构基本相同而支架式转子结构略占优势,在不同裂比下,支架式转子结构的转矩密度较表贴式大。通过与五相单定子电机和三相双定子电机对比,得到五相双定子电机具有更高的转矩密度和容错性能,说明本文设计的五相双定子电机满足电动汽车对驱动电机高转矩密度、高可靠性的要求。