? ??內(nèi)置式永磁電機擁有高轉(zhuǎn)矩密度和寬轉(zhuǎn)速范圍的優(yōu)點，應用非常廣泛。轉(zhuǎn)矩波動是衡量內(nèi)置式電機性能的重要指標，與氣隙磁密分布關(guān)系密切。然而，不同于表貼式電機，內(nèi)置式永磁電機的氣隙磁場不僅受永磁體的影響，還受轉(zhuǎn)子鐵心影響，特別是轉(zhuǎn)子鐵心中的隔磁橋。因此，隔磁橋的優(yōu)化設計一直都是內(nèi)置式電機設計的難點。本文參照文獻 [1]，介紹一種內(nèi)置式永磁電機隔磁橋的優(yōu)化方法，為大家提供一個設計思路。

1.?隔磁橋的參數(shù)

     隔磁橋主要受三個參數(shù)約束，分別是：初始位置，寬度和厚度。隔磁橋的初始位置會影響主磁場在機械圓周上所占的機械角度，本文中用θB表示，如圖1a所示。寬度和厚度則是隔磁橋的實際尺寸，會影響漏磁通以及轉(zhuǎn)子鐵心的機械強度，分別用Bw和dh來表示，如圖1b所示。因此，以上三個參數(shù)必須仔細設計，以保證優(yōu)良的電磁性能和安全的機械強度。

2.?設計思路

     對這三個參數(shù)進行優(yōu)化即可降低電機的轉(zhuǎn)矩脈動，提高轉(zhuǎn)矩性能。文獻[1]針對4極48槽電機，通過窮舉法來實現(xiàn)這一目標。電機的參數(shù)如表1所示。

表1

設計思路如下：1）根據(jù)永磁體的尺寸和轉(zhuǎn)子外徑的幾何約束，給出隔磁橋三個約束的備選尺寸，如圖2所示。2）將三個約束參數(shù)的三個尺寸排列組合，共有3³個方案，并對每個方案編號。值得注意的是，方案總數(shù)與每個參數(shù)的備選尺寸數(shù)有關(guān)，備選尺寸越多，總方案數(shù)越大。3）對上述27個方案依次仿真，選出最佳方案。

3.?設計結(jié)果

  27個方案的仿真結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，方案9的轉(zhuǎn)矩波動最大，而方案7的轉(zhuǎn)矩波動最小，最終選擇方案7為最終隔磁橋的尺寸。此外，仔細觀察還能發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩波動小于20%的方案有三個，分別是方案7，方案16和方案25。而他們的共同點是均采用θB1和Bw3，但他們的電磁轉(zhuǎn)矩卻隨著厚度的增加而減小。

表2

4.?隔磁橋開輔助槽

隔磁橋開輔助槽能進一步降低電機的轉(zhuǎn)矩波動。對方案7的隔磁橋添加輔助槽，輔助槽分別采用矩形槽和橢圓槽，如圖3所示。兩種槽的寬度和深度一致，只有槽型不同，如圖4所示。  

輔助槽的尺寸同樣需要優(yōu)化，仍采用窮舉法來實現(xiàn)，每個尺寸三個備選尺寸，共有3²個方案。此外，為比較不同方案的優(yōu)化效果，引入?yún)?shù)k_te來衡量各方案優(yōu)化結(jié)果。

各方案優(yōu)化結(jié)果如表3所示。

表3

從表3中可以看出，矩形槽中，方案6的k_te值最大。橢圓槽中，方案8的k_te值最大。將優(yōu)化前后的方案進行對比，輸出轉(zhuǎn)矩波形如圖5所示。

仿真結(jié)果表明，隔磁橋開輔助槽不僅能降低電機的轉(zhuǎn)矩波動，還能提高電機的輸出轉(zhuǎn)矩。 

總結(jié)：本文根據(jù)文獻[1]，介紹了內(nèi)置式永磁電機隔磁橋的優(yōu)化設計方法，為電機設計人員提供參考。

參考文獻 [1] C. -H. Song, D. -H. Kim and K. -C. Kim. Design of a Novel IPMSM Bridge for Torque Ripple Reduction. IEEE Transactions on Magnetics, vol. 57, no. 2, pp. 1-4, Feb. 2021.

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