潘陶红,崔 巍

(上海大学机电工程与自动化学院,上海200444)

0 引 言

电动车以电能为动力能源,具有零排放、低噪声和节能等优点,受到世界各国青睐。大功率电动机车采用无刷直流电动机驱动时[1-3],其舒适性会因电机转矩脉动较大而变差。由于永磁同步电动机具有转矩脉动低、效率高及调速性能优越等优点[4-5],应用于大功率电动机车有利于改善其舒适性并提高其续航能力。

为提高永磁同步电机的功率密度,通常将气隙长度设计得较小,然而气隙的减小会加剧电枢反应。文献[6-9]指出电枢反应会影响气隙磁场的分布,导致气隙磁密与反电动势发生严重畸变。文献[10]通过有限元分析得出,电枢反应会造成电磁转矩下降及转矩脉动增加,重载工况下该问题会更为严重。文献[11-12]研究发现,电枢反应还可能导致永磁体的不可逆退磁。

由于大功率电动机车常运行在重载工况下,为改善电机性能,亟需对电枢反应进行抑制。文献[13]考虑电枢反应,提出通过改进型反余弦函数法设计转子形状,以获得正弦分布的负载气隙磁密,但该转子形状较为复杂;文献[14]和文献[15]研究了表贴式永磁同步电机偏心气隙设计时永磁体外半径的确定方法,但是这种偏心气隙设计会导致气隙磁密幅值大幅减小,降低永磁体利用率及电机功率密度;文献[16]提出了磁极补偿的电枢反应抑制方法,并对补偿磁极的位置和大小进行了优化。

本文考虑电枢反应对气隙磁场的影响,即每极磁场一侧削弱一侧增强,结合电动机车单向驱动的特性,设计了一台不对称偏心气隙结构电机,磁场增强处采用偏心气隙,磁场削弱处采用均匀气隙,以优化负载气隙磁场分布。……