分數槽永磁同步電機氣隙磁場的分析與噪聲抑制
王巍，宋志環，于慎波，唐任遠
（沈陽工業大學國家稀土永磁電機工程技術研究中心，沈陽110178）
摘要：運用解析的方法推導了分數槽永磁同步電機氣隙磁場的解析表達式，分析了空載氣隙磁場的諧波次數與頻率的分布特性，通過推導得出，在單元電機定子槽數為奇數及偶數時，諧波分布的次數不同。同時對一臺盤式電機進行電磁噪聲計算及抑制方法研究，分析了計算極弧同數、定子槽深與總氣隙長度的比值等參數，對噪聲抑制的作用。
關鍵詞：永磁同步電機；分數槽；諧波分布；噪聲抑制
中圖分類號：tm351；tiv1341 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848f 2010）06 0001 06
0 引 言
定、轉子諧波磁場相互作用產生的低階力波，或頻率與定子固有頻率相近的力波，是引起電機電磁振動與噪聲的主要原因。確定定子、轉子磁密諧波次數及幅值，是計算電磁噪聲及確定噪聲源的關鍵。分數槽永磁同步電機中，定子側產生磁密的基波及諧波計算公式與普通電機的公式相同。而永磁體產生磁密的諧波分布相對復雜。運用有限元的方法可以計算出永磁體產生的磁密分布，并通過諧波分析獲得諧波分布，但不能明確各量之間及其與諧波次數與幅值問的解析關系，不便于噪聲抑制。針對永磁同步電機空載氣隙磁場解析表達式的研究幾近成熟，并且在考慮定子開槽的影響時，一致認為磁場的諧波次數為np±in,p為電機極對數，n為定予槽數，n=l，3，5…。本文將采取簡化的于段證明多極少槽永磁同步電機，其空載諧波磁場的分布次數在單元電機定子槽數為奇數及偶數時不同。采取的方法是蔭．先分析定子不開槽情況永磁體磁密方波的諧波分布，然后分析定子開槽對氣隙磁密的影ⅱ向。通過該表達式能更清楚地分析出諧波產生的原因，及各參量與諧波分布的關系，有利于噪聲的分析與抑制。
1永磁體產生磁密分布的解析表達式
1. 1定子不開槽時永磁體產生氣隙磁密分布
本文采用的模型及推導的公式適用于徑向充磁的徑向結構永磁同步電機磁場分布、及軸向充磁盤式永磁同步電機中的單邊結構、外轉子結構，及內轉子ns磁路結構電機某一半徑處的磁場分布。以單元電機為研究對象，p1表示其極對數，z1為定子槽數，本文分別討論z1為奇數及偶數情況。分析時，在定、轉子的某一相對位置處，將電機沿轉子表面展開，相對位置及坐標原點的確定以計算方便為準則。設定子不開槽時，電機為均勻氣隙，定子開槽后，總氣隙長度變成隨位置變換的周期函數，δ、δ(x)分別為定子不開槽及開槽時總氣隙長度隨位置的變化。在某一時刻，定子開槽情況永磁體產生磁密的表達式可以表示為：
首先忽略漏磁及飽和，在導出表達式后，分別以漏磁系數δ0和飽和系數kδ來表示漏磁和磁路飽和的影響。設轉子表面光滑，定子開槽，b0、ho、t1、b1、τ、δ分別代表槽口寬、槽深、齒距、齒頂寬、極距及總氣隙長度（永磁體磁化方向長度hm與氣隙長度δ0之和）。定義單元電機電角度為2π，t11、b11、τ及b0，分別為t1、b1、τ及b0的電角度值，如式(2)所示。dc為單元電機氣隙平均直徑。
首先推導p1為偶數情況。
定子不開槽時，永磁體產生氣隙磁密方波分布及坐標選取如圖1所示。
式中，αi為計算極弧因數；bδ為永磁體產生方波磁密的幅值(t)，bδ=bτhm／（hm+δ0）；bτ為永磁體剩磁(t)l。
將brδ(x)進行傅里葉變換，得氣隙磁密表達式如式(4)所示。
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