摘要：用anson軟件建立ala轉子電機計算d、q軸參數時的2d有限元模型，在轉子采用x、y軸兩方向取不同的相對磁導率后，結果表明轉了用各向異性線性模型能滿足d、q軸參數計算要求，并且也能反映轉子的飽和特性，而各向同性模型僅在求d軸參數時是可行的。至于在瞬態磁場分析時各向異性線性模型是否合適還需要作進一步的研究。
    關鍵詞：ala；ansoft；有限元；模型

o  引  言

    ala(axiaily—laminated anisotmpic)轉子電機采用導磁材料(如冷軋取向硅鋼片)和非導磁絕緣材料(如電工紙)沿軸向交替高密疊壓而形成轉子。再加上氣隙沿圓周的不均勻分布，使整個電機呈現明顯的各向異性，交、直軸電感差別很大且有較大的凸極比。研究表明ala轉子電機凸極比可為普通電機的5—20倍，使得該類電機具有高轉矩密度、高功率因數的特點，但凸極比會隨電機飽和深度的變化而發生改變。所以，建立考慮飽和的電機模型足很有必要的。本義提出了用ansoft軟件汁算d、q軸參數時的電機2d有限元模型，為不同飽和程度的ala轉子電機參數優化設計奠定基礎。
    1定子模型

    ala轉子電機的定子采用了一般三相異步電動機的相同結構，所以用ansoft軟件建立定子模型時，可直接調用軟什自帶的庫模型，依據實際尺寸輸入參數即可。本文根據文獻[3]設定建模時所需的各尺寸數據。定子鐵心分配dr510一50材料，在忽略磁滯損耗的情況下用磁化曲線表示其相對磁導率的變化。計算結果表明dr510-50的相對磁導率約在b=0.7 t左右時達到****值2650。考慮到實際情況，將電機定子外圓處規定為磁矢位a=0，即定子外部無磁場分布。
    2轉子模型

    由于ala轉子電機采用兩種導磁性能截然不同的材料疊壓形成轉子，所以在二維平面內磁場從垂直和平行兩個方向進入轉子時遇到的磁阻相差很大。
    同時，導磁材料是有取向的硅鋼片，又具有自身的導磁性能各向異性，這更加大了轉子材料的各向異性。結合氣隙沿圓周的不均勻分布，雙熏的各向異性必然導致電機具有大的凸極比。

    在圖1中，若磁場從x軸方向進入轉子，除了需穿越較長的空氣(極握部分的磁阻率和空氣一致，相當于空氣)外，還要穿過多重非導磁疊片的厚度tn即使進入了導磁疊片，因為有取向硅鋼片在x軸方向磁導率較小，所以磁場遇到的磁阻也不小。若磁場從y軸方向進入，僅需穿越較短的氣隙就能從定子到轉子，而且轉子側有取向硅鋼片在y軸方向磁導率較大，所以磁場遇到的磁阻很小。此時即使非導磁疊片對磁場通過有較大的阻礙，但由于導磁疊片和非導磁疊片并行，因此磁通大部分順暢地從導磁疊片經過。
    為了大幅度減小有限元的網格剖分數目，縮短軟件的計算時間，可以把兩種不同性質的轉了疊片“合二．為一”，等效為一種各向異性的新材料，具體采用等效磁阻率法。實施。新材料在x、y軸方向的磁阻率分別為：

    式中，vcx、vcy是有取向硅鋼片在x、y軸方向的磁阻率，％是非導磁疊片的磁阻率，tc、t0分別是導磁疊片和非導磁疊片的厚度。這里取向硅鋼片導磁方向在y軸，所以取比=10|i。而k取卒氣磁阻率。vx可以通過有取向硅鋼片的磁化曲線算出，它必然隨著磁場強度的改變而變化，依照式(1)剝應的l也是變化的量，所以合成新材料在v軸方向的相對磁導率“、能用磁化曲線描述，同理得到在x軸方向的相對磁導率p。。按照文獻[3]提供的電機尺寸及材料計算，當外加磁場強度h=6．3a／m時。顯然，新制料在x軸方向電機磁阻很大，在火的激磁范圍內處亍非飽和狀念，相對磁導率p。基本為常數；而v軸方血電機磁阻較小，所以容易進入飽和，但因為轉子相列磁導率“遠大于定子的，所以飽和首先發生在定子側，并且定_了．i側的飽和會延緩轉子進入飽和狀態。
    當用anson軟件建立ai．a轉子模型時，依據拭(1)用磁化曲線來描述新材料的μx、μy是最準確的，但該軟件不支持各向異性非線性的2d模型，而3d模型不太現實，因此只能分配各向異性日．線性或各向同性的屬性給轉子捌料。
    2．1各向異性且線性若取μx、μy為不相等的常數即建立了ala轉子的各向異性且線性模型。前面已闡述μx保持不變是符合新材料實際情況的，而μy隨轉子飽和程度的不同在較大的范同內變化，那么μx取多少合適呢?如果分別以μx=2.7721838、μy=40000，μx=2．774838、μy=10180 8473，μx=2．774838、μy=5000建立三個ala轉子模型，在d軸激磁電流in(p u．)=1情況下得到三條氣隙磁密分布曲線，從圖2可見三條曲線基本重合。在q軸激磁電流i0(p u．)=1情況下又得到三條氣隙磁密分布曲線，從圖3可見三條曲線還是基本重合的。即使讓激磁電流io(p.u．)=0．1，不同μy取值的氣隙磁密分布曲線依舊重合。這說明，只要保證ala轉子的各向異性，導磁方向(y方向)的相對磁導率大小并不很重要，只要相對于定子足夠大即可維持結果不變。
    產生該現象的原岡在于定子鐵心部分有較人磁阻，而轉子使用各向異性的材料后磁阻較小，所以轉子鐵心對整個磁路的影響降到了很低的程度。

    2．2各向同性若取μx、μy為相等即建立了ala轉子的各向同性模型。由于ala轉子材料和結構的雙重各向異性，μx、μy的取值是相互矛盾的，μx取小為合適而“，較大才合理，因此各向同性模型顯然是不成立的。
    但僅考慮d軸激磁情況時，采用μx=μy=10180.8473建立的模型與μx=2 7748、μy=10180 8473的模型進行對比，結果發現麗者基本一致：在i(p.u)=0．1時兩者的氣隙磁密分布曲線基本重合，如圖4所示，此時各向同性模型的磁密基波幅值為o．4276 t，而各向同性模型的磁密基波幅值為0.4275 t；在i0(p．u)=l時兩者的氣隙磁密分布曲線也基本重合，如圖5所示，此時各向同性模型的磁密基波幅值為o．8602 t，而各向同性模型的磁密基波幅值為o．8611 t。

    可見，各向同性模型在求d軸參數時是可行的，此時只要準確把握了導磁方向的μy，阻磁方向的μx影響是很小的。這就給出一個啟示，即用磁化曲線描述磁導率“，應能更真實反映ala轉子d軸激磁時的情況，特別是轉子飽和狀態，哪怕μx=μy。但從前面各向異性且線性模型中的討論知道，p，在較大范圍內變化時(從5000到40000)對d軸激磁的情況基本無影響，所以可以預想用μx=μy=10180.8473與用磁化曲線描述磁導率μx(此時μx=μy)建立的模型都是各向同性且計算結果應一致，進而與μx=2.7748、μy=10180 8473的模型也有相同結果。用anson軟件分別對μx=2 7748、μy=l叭80 8473的模型和磁化曲線描述μx、μy的模型進行磁場分析，計算激磁電感lmd、lmq參數的結果如圖6、7所示，證實了預測的結論。這里應注意圖6、7中，i0(p u．)=2時轉子已進入了飽和狀態，所以用各向異性且線性模型同樣可計算飽和狀態的電機參數。

    3結論

    ala轉子電機材料和結構上的雙重各向異性要求其磁場分析模型采用各向異性非線性為****，由于ansoft軟件的限制在建立ala轉子2d有限元模型時不能做到這一點，3d模型卻能實現。但3d模型計算需耗費大量時間且對計算機硬件要求較高，不利于參數的優化設計，所以現實的方法還是在2d中找到合適的有限元模型。