提出一種新型帶連接橋交替極切向勵磁的游標(biāo)永磁電機(jī)用以提升高極比（轉(zhuǎn)子極對數(shù)與定子繞組極對數(shù)之比）切向勵磁游標(biāo)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。新型拓?fù)滢D(zhuǎn)子軛部表面均勻分布多個"h"形由連接橋和主齒組成的轉(zhuǎn)子齒,切向勵磁的永磁體插入轉(zhuǎn)子齒中。連接橋?yàn)橹鞔艌鎏峁┐磐窂?避免主磁通以"之"字形來回穿梭在氣隙中,還可以減小氣隙磁阻,削弱磁障效應(yīng),從而增大氣隙磁通密度,提升電機(jī)的反電動勢和轉(zhuǎn)矩密度。此外,新型拓?fù)溆来朋w極性相同,磁鋼用量減少一半,降低了電機(jī)成本。該文首先說明磁障效應(yīng)產(chǎn)生的原因并介紹新型電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理;然后分析主要參數(shù)對轉(zhuǎn)矩性能的影響;最后通過有限元仿真對比傳統(tǒng)拓?fù)浜托滦屯負(fù)潆姶判阅?結(jié)果表明,在相同體積與熱負(fù)荷下,新型拓?fù)渚哂懈叩霓D(zhuǎn)矩密度和更低的磁鋼用量。 

【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報. 2020,35(15)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

定子裂比對平均轉(zhuǎn)矩的影響Fig.4Influenceofthesplitratioonaveragetorque

第35卷第15期梁子漪等一種交替極切向勵磁游標(biāo)永磁電機(jī)的分析與設(shè)計(jì)3175分別為僅定子開槽時氣隙磁導(dǎo)函數(shù)常數(shù)項(xiàng)和基波幅值；Λr0和Λr1分別為僅轉(zhuǎn)子開槽時氣隙磁導(dǎo)函數(shù)常數(shù)項(xiàng)和基波幅值；θs為定子坐標(biāo)系中某一位置與A相繞組軸線之間的角度；θr為轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中某一位置與轉(zhuǎn)子軸線之間的角度。切向勵磁的永磁體磁動勢表達(dá)式為[19]r1rr2arrmF()Fcos(p)Fcos(pp)（4）式中，F(xiàn)1和F2分別為rp對極和ap對極永磁磁動勢諧波幅值；θm為定子、轉(zhuǎn)子軸線相對位置。從式（4）可以看出，切向勵磁的永磁體磁動勢存在兩項(xiàng)：第一項(xiàng)是只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的不變分量，第二項(xiàng)是與定子、轉(zhuǎn)子相對位置有關(guān)的振蕩分量。這與徑向勵磁的永磁體磁動勢表達(dá)式不同。空載氣隙磁通密度表達(dá)式為grconvrsmodusrssrs()(,)=[cos()][cos()][cos()]BFtBptBZptZpt（5）convs0r01s1r02012gBFF（6）modus1r01s0r02012gBFF（7）將式（3）和式（4）相乘可以得到空載氣隙磁通密度，式（5）中的第一項(xiàng)rp對極磁通密度幅值為Bconv，可由式（6）計(jì)算得到，主要是由rp對極的勵磁磁動勢與僅定子開槽時氣隙磁導(dǎo)函數(shù)的常數(shù)項(xiàng)Λs0作用產(chǎn)生，這種相互作用普遍存在于常規(guī)切向勵磁永磁同步電機(jī)中，并不蘊(yùn)含磁場調(diào)制效應(yīng)。第二項(xiàng)Zs±rp對極磁通密度幅值為Bmodu，可由式（7）計(jì)算得到，主要是由僅定子開槽時氣隙磁導(dǎo)函數(shù)的基波磁導(dǎo)Λs1引入的磁場調(diào)制效應(yīng)所致。值得注意的是：切向勵磁的永磁體勵磁磁動勢中的振蕩分量F2

176電工技術(shù)學(xué)報2020年8月特別地，在新型SA-VPM電機(jī)中，相同極性的永磁體通過連接橋和轉(zhuǎn)子軛部連接，能顯著減小勵磁磁動勢的振蕩分量F2，從而增大Bconv和Bmodu值，并為少極工作諧波磁場提供磁通路徑。下面用圖2b說明連接橋的作用。不同于傳統(tǒng)的SA-VPM電機(jī)，新型SA-VPM電機(jī)的主磁通經(jīng)過定子軛部，未反復(fù)穿梭氣隙，而從連接橋和轉(zhuǎn)子軛部直接形成通路，大大減小了氣隙磁阻，使得新型SA-VPM電機(jī)的少極工作磁通密度有較大提升，從而提高了電機(jī)的空載反電動勢和轉(zhuǎn)矩密度。圖3為新型SA-VPM電機(jī)不同轉(zhuǎn)子位置的空載磁力線分布，以定子槽數(shù)為12、轉(zhuǎn)子極對數(shù)為11、電樞繞組極對數(shù)為1的新型SA-VPM電機(jī)模型為例。圖3a和圖3b對比，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了8.18°機(jī)械角度（即1/4轉(zhuǎn)子極距），而定子磁場軸線旋轉(zhuǎn)了90°機(jī)械角度，因此小的轉(zhuǎn)子位移帶來了大的定子磁場變化，這種運(yùn)行原理就是磁場調(diào)制原理，也稱為磁齒輪效應(yīng)。此外，由圖3可知8.18°的轉(zhuǎn)子位移導(dǎo)致定子磁場軸線順時針旋轉(zhuǎn)90°，所以新型SA-VPM電機(jī)極比為90/8.18=11，滿足轉(zhuǎn)子極對數(shù)與電樞繞組極對數(shù)之比的定義。圖3新型SA-VPM電機(jī)不同轉(zhuǎn)子位置時磁場分布Fig.3FluxdistributionoftheproposedSA-VPMmachineatdifferentrotorposition4優(yōu)化設(shè)計(jì)由于游標(biāo)永磁電機(jī)特殊的工作原理，即磁場調(diào)制原理，新型SA-VPM電機(jī)的齒-槽結(jié)構(gòu)不僅提供磁通路徑，還起到“極數(shù)變換器”的作用。因此氣隙結(jié)構(gòu)（包括極槽配合、定子裂比、定子槽開口比率）和永磁體尺寸（包括永磁體厚度和極弧）對其電磁性能影響較傳統(tǒng)永磁電機(jī)更為顯著。為確保優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，一些重要參數(shù)如定子外

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本文編號：3325272