永磁同步电动机之于磁极分段的齿槽转矩削弱方法

图5一6所示磁极的加工复杂，为了简化工艺，可采用磁极分段的方法削弱齿槽转矩。图5一8 ( a）为常规的不分段磁极结构。图5一8 ( b）为分段磁极结构，将每极永磁体沿轴向分成等长的多段永磁体，这多段永磁体沿圆周方向依次错开一定角度。

磁极之间的错开角度直接决定了齿槽转矩的削弱效果，下面推导当磁极段数k一定时相邻两段之间沿圆周方向错开的角度：。从对齿槽转矩的影响来看，磁极分段相当于将电机平均分成了k段，这k段电机的电枢铁心沿圆周方向的位置相同，而转子的位置则依次错开Nsos，角度，根据式（5一9 )，这k段电机产生的齿槽转矩分别为

然而，当满足刀N 。一1 , 2 , 3，…时，齿槽转矩的表达式与式（5一9）完全相同，即磁极分段对这些次数的齿槽转矩谐波没有削弱作用。以6极、 9槽无刷直流电机为例，Np一2 , 0s：一400 。本例中的齿槽转矩对应电机的实际铁心长度。图5一9 ( a）为该电机的截面图，图5一9 ( b）为轴向不分段时的齿槽转矩。磁极分段时的齿槽转矩波形是这样计算的：首先用有限元法计算不分段时的齿槽转矩波形，然后除以段数，就是一段产生的齿槽转矩波形，对该齿槽转矩波形按偏移角度平移，可得到其他各段的齿槽转矩波形，将各段的齿槽转矩波形逐点相加，就得到磁极分段时的齿槽转矩波形。需要注意的是，若用有限元法计算出的不分段时的齿槽转矩波形正负不对称，采用此方法计算分段时的齿槽转矩波形将产生很大误差。若磁极轴向分为2段，则相邻两段错开100 。图5一9（。）为轴向分2段时的齿槽转矩，其中曲线A 、 B分别为两段电机产生的齿槽转矩，曲线C为总齿槽转矩。可以看出，采用轴向分段法后齿槽转矩大幅度下降，但没有削弱4以及4的倍数次谐波。若磁极轴向分为3段，则相邻两段错开6 . 67 。 。图5一9 ( d）为轴向分3段时的齿槽转矩，其中曲线A 、 B 、 C分别为三段电机产生的齿槽转矩，曲线D为总齿槽转矩。可以看出，采用轴向分段法后齿槽转矩大幅度下降，但没有削弱6以及6的倍数次谐波。

图5一9 ( e）为分3段时不同错开角度对应的齿槽转矩，其中曲线A 、 B 、 C分别为错开角度为6 . 33 “ 、 6 . 67 ”和7o时的齿槽转矩，可以看出，错开角度对齿槽转矩有较大影响，根据本节给出的确定方法得到的错开角度对齿槽转矩的削弱效果最好。图5一9 "）给出了不同段数时的齿槽转矩幅值，可以看出，齿槽转矩幅值基本上随着分段数的增大而减小。当分段数为2时，齿槽转矩幅值不能被大幅度削弱。当分段数）3时，齿槽转矩幅值变化不大，这意味着进一步增大分段数没有太大意义。随着分段数的增加，不能被磁极分段方法削弱的齿槽转矩谐波的次数也增大。当分段数k为无穷大时，不能被磁极分段方法削弱的齿槽转矩谐波的次数也为无穷大，这意味着齿槽转矩被完全消除。但只要分段数不是无穷大，斜极和磁极分段在削弱齿槽转矩方面就存在差别，某些特定齿槽转矩谐波不能被磁极分段的方法削弱。