上篇指出,对于常规表贴式电机,忽略饱和与漏磁,在永磁体厚度近似为气隙长度5倍时,气隙磁密达到“膝点”,选取该厚度,能得到较高的气隙磁密。本节前半部分讲述如何饱和与漏磁,后半节说一说磁极优化。
首先是考虑饱和与漏磁后的磁路。在5倍气隙长度下,气隙磁密标幺值近似为0.75,以N38UH为例,其剩磁密度Br为1.23T,此状态下,气隙磁密为Bg =1.23*0.75 =0.9225T,该部分磁密完全进入定子齿,定子齿磁密会接近1.8T,饱和程度较高。此时铁心磁阻对磁路影响较大,不能够忽略。
下面给出考虑饱和后的流程步骤。
1.不考虑饱和与漏磁,根据永磁体厚度与气隙长度,计算此时的气隙磁密标幺值K,进而计算气隙磁密Bg。
2.选1/2定子齿位置P,计算此处齿距与齿宽的比值k,该处的磁密即为Bg*k。
3.P处的磁密近似为整个齿的磁密,参照B-H和B-ur曲线(如图2所示),选择与之相对应的相对磁导率,进而计算整个齿磁阻。
图2 30ZH105 BH曲线
(关注后,后台发送BH曲线即可领取相应PDF文件)
4.定子轭部与转子轭部磁通,直接用(每极磁通/轭部宽度)粗略计算即可。分别计算各种磁阻。
5.根据计算结果,得到定子磁阻Rs与转子磁阻Rr,代入上节给出的等效磁路图,得到新的气隙磁密标幺值K’。
6.重复1-5步骤,直到新的标幺值与上次计算结果误差满足需求即可。
该步骤是纯粹的迭代计算,可编写相对应的计算程序来代替人工计算。此外,为了减小迭代次数,步骤1中输入的标幺值可取最近两次标幺值的平均值代入计算。
如果最终磁密计算结果与目标磁密偏差较大,需要改变磁钢厚度,重新计算。
通过上述过程,就能在永磁体设计过程中,将饱和效应考虑进来。至于漏磁部分,对于表贴式永磁电机,其漏磁系数非常小,对磁路的影响可以忽略不计。
下面简单讲一下永磁体的优化
根据不同的优化目标,比如齿槽转矩、输出转矩、气隙磁场等,永磁体形状有着不同的优化方法。接下来仅介绍表贴式永磁电机,以正弦气隙磁场为优化目标的方法。
从实现方法来讲,主要分为两种:一种是改变永磁体的分布,一种是对永磁体产生的磁场进行调制。
改变永磁体分布就是的改变一个极下磁动势均匀分布状态,使其沿着转子圆周正线排列。简单地讲,就是中间高,两头低小。常见的有这样几种方式:
1.永磁体偏心,如图2所示。
图2 偏心永磁体
2.不等厚磁钢,如图3所示
图3 不等厚永磁体
3.等厚不同材料
图4 等厚不同材料
- 脉宽调制排列
图5 脉宽调制排列
从图2到图5可以看出,更改永磁体磁动势分布时,永磁体或是需要特殊加工,或是需要特殊排列,无疑会增加生产成本。通过调制永磁体的磁场,能够解决该问题。分别如图6和图7所示。
图6 不均匀气隙型磁场调制
图7 PWM型磁场调制
不同方法各有其优缺点,实际应用时要注意甄别。
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