摘   要：為了減小空載氣隙磁場中諧波磁場對電機性能的影響，對內置v型轉子磁路結構自起動力（磁同步電動機的轉子磁極形狀進行了優化。采用不均勻氣隙結構，以有限元為工具并利用遺傳算法對空載氣隙磁密波形進行了優化，使其中的諧波含量較小，得出了轉子磁極的****偏心距。在此基礎上采用時步有限元方法，在考慮定子開槽、斜槽結構并計及飽和的情況下，對優化前后電機的電動勢波形進行了分析對比，并通過試驗驗證了所采用的時步有限元計算程序的有效性。有限元計算結果表明，通過優化偏心的不均勻氣隙設計，電機的空載氣隙磁密和電動勢波形得到了明顯改善。

    關鍵詞：自起動永磁同步電動機；不均勻氣隙；氣隙磁密波形；時步有限元法；空載電動勢

    中圖分類號：tm 351文獻標志碼：a文章編號：1673-6540(2010)07-0001-05

    自起動永磁同步電動機(pmsm)與異步電機相比，具有效率高、功率因數高、功率密度高等優點，在一些長期連續運行的場合替代傳統的異步電機具有較大的節能優勢，因此得到研究人員越來越多的重視。目前，自起動pmsm多采用均勻氣隙的結構，氣隙磁場中含有大量諧波，使得電動勢中諧波含量很大，增加了電機諧波電流和附加諧波鐵損和銅損，影響電機效率的進一步提高，另外諧波磁場也會產生力矩波動，引起振動和噪聲。長期以來，眾多學者都對pmsm氣隙磁密進行了優化設計，但大部分文獻主要針對表面式磁體結構的永磁電機進行優化。

    在文獻[8]中作者采用zooming算法對內置式永磁電機磁極不對稱角度進行優化，以削弱齒槽轉矩。楊玉波等研究了通過改變隔磁磁橋形狀改變一個磁極的極弧寬度，進而削弱內置式pmsm齒槽轉矩的方法。

    文獻[10]中運用智能型模擬退火算法，對開關磁阻電動機轉子磁極幾何形狀進行了優化設計，在定、轉子其他主要尺寸不變的條件下，使樣機的靜態轉矩明顯提高。

    文獻[11]利用試算法對徑向式v型磁體結構的永磁電機進行優化獲得了氣隙磁場波形畸變率與偏心距之間的關系曲線。

    文獻[12]用一樣條參數化方法設計u形永磁磁路轉子形狀以減小電動勢中的諧波。但是對于采用內置式磁路結構并且帶起動導條的自起動pmsm磁極形狀優化的文獻并不多見。

    本文運用有限元方法分析v型轉子磁路結構的自起動pmsm的空載氣隙磁密波形，利用遺傳算法得到了****偏心距，從而獲得不均勻氣隙永磁轉子結構及氣隙磁密波形，然后利用自主開發的時步有限元程序，分析對比了優化前后電機的電動勢波形，最后通過試驗間接驗證了優化方法的有效性。

    自起動pmsm的永磁體通常位于導條和軸之間的鐵心中，籠型轉子直接面向空氣隙。本文計算模型源自某電機廠當前生產的電機，圖l(a)為電機結構示意圖，轉子磁路采用v型結構，均勻氣隙，籠型轉子采用鑄鋁材料，具體結構參數如表1所示。測試中發現該電機的電動勢和電流中的諧波含量較大。

    為了考察永磁電機氣隙磁場中諧波的影響，通常假定電機處于發電機狀態，通過電動勢波形反映諧波磁密對感應電動勢的影響。假設磁路線性情況下，根據文獻[13]的結果，定子開槽的影響僅僅使齒諧波電勢增大或減小一定的倍數，假設能夠消除由永磁轉子引起磁場中的一切諧波，則即使定子開槽，亦不會引起電壓波形的畸變。因此，本文在優化氣隙磁場時暫不考慮定子開槽的影響，采用定子內表面光滑