付敏 于静 张晗 沈镭

摘 要：为了研究转子偏心对U型单相永磁同步电机性能的影响，采用有限元法分析了电机内的电磁场，在虚位移法和麦克斯韦应力法的基础上，计算了当转子分别发生静态偏心和动态偏心时，电磁转矩的变化量以及定子侧所受到的径、切向电磁力。并通过傅里叶分解，研究了转子偏心对电磁力波阶次和频次的影响。计算结果表明，转子偏心引起电机内电磁场不对称分布，且气隙磁密幅值随偏心距离的增加而增大;不同偏心状态对电磁转矩波动有不同的影响;偏心导致电磁力波奇次谐波分量大幅度增加。

关键词：单相永磁电机;有限元法;转子偏心;电磁力

DOI：10.15938/j.jhust.2018.06.012

中图分类号： TM351

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2018）06-0062-08

Abstract：In order to analyze the impact of rotor eccentricity to the performance of u-shaped single-phase permanent magnet synchronous motor the finite element method is adopted to analyze the electromagnetic field inside the motor. On the basis of the virtual work method and the Maxwell stress tensor method the variation of electromagnetic torque radial and tangential electromagnetic force densities in stator side were calculated when static eccentric and dynamic eccentric occurred in rotor. Then the influences of rotor eccentricity on the electromagnetic force order and frequency were studied through the Fourier decompose. The calculation results indicate that asymmetrical distribution of electromagnetic field in the electric machine due to rotor eccentricity and the air gap flux density amplitude increases with the increases of the eccentric distance; different eccentric states have different effects on the electromagnetic torque volatility; eccentric results in a substantial increase of electromagnetic force odd harmonic component.

Keywords：single-phase permanent magnet synchronous motor; finite element method ; rotor eccentricity; magnetic force

0 引 言

U型单相永磁同步电机目前越来越多的应用于人们的日常生活，特别是在小功率的家用电器中广泛应用。U型永磁同步电机以其结构简单、高效节能和使用寿命长等优点被大规模加工生产，并且在微特电机制造行业中具有很大的成本优势[1]。

目前对该电机的研究主要集中在该电机的运行原理、起动问题的研究。文[1]分析了阶梯气隙结构对电机内部磁场、定位转矩以及转子初始位置角的影响，得到最优气隙参数，优化该电机的起动性能。文[2]基于二维有限元法对该电机绕组电感、磁链和定位转矩进行了计算，同时讨论了电源合闸角、转子初始相角、磁链和负载转矩对电机转速和旋转方向的影响。文[3]阐述了U型单相永磁同步电机的自起动原理，并通過Matlab仿真以及实验具体分析了该电机气隙结构、气隙半径以及极弧包角对定位转矩以及定位角度的影响。……