永磁无刷直流散热风扇电机的齿槽转矩设计的四个方向

永磁无刷直流散热风扇电机的齿槽转矩设计

英国设非尔德(Sheffield)大学的.Q.Zhu、D. Hose,国内山东大学的王秀和、杨玉波等学者和他们的研究团队对永磁直流无刷散热风扇电机的齿槽转矩发表过许多研究成果,很有参考价值从永磁直流无刷散热风扇电机设计角度,介绍降低齿槽转矩的主要技术措施,包括采用分数槽绕组,优化磁极极弧宽和槽口宽,不等气隙和不等磁片厚度,斜槽和斜极,磁极分段错位,磁极偏移,齿冠开辅助凹槽等,为降低齿槽转矩的工程应用和进一步研究提供借鉴参考。

大多数无刷散热风扇电机为了方便绕组嵌线通常还是采用开口槽结构,建议设计时适当降低气隙磁通密度,降低铁心饱和程度,特别是避免齿尖饱和,并参考如下所述方法,根据实际的设计目标选择合适的设计参数和技术措施齿槽转矩是水磁散热风扇电机特有的一种现象。

因此,降低齿槽转矩通常是永磁散热风扇电机设计的主要目标之一,也成为国内外许多学者分析研究的热点课题之一,分析水磁无刷散热风扇电机齿槽转矩常基于解析法和有限元法,得到对具体散热风扇电机齿槽转矩的预测。国内外已有许多学者大量文献对

许多典型永磁散热风扇电机进行研究,提出各种降低齿槽转矩的有效方法。

水磁散热风扇电机的齿槽转矩( torque)是电枢铁心的齿槽与转子水磁体相互作用面产生的磁阻转矩,由于永磁无刷直流散热风扇电机定子齿槽的存在,当磁转子磁极与定子齿槽相对在不同位置时,主磁路的磁导发生了变化。即使散热风扇电机绕组不通电,由于齿槽转矩的作用,散热风扇电机转子有停在圆周上若干个稳定位置上的趋向。对于单相永磁无刷散热风扇电机,过大的齿槽转矩甚至使散热风扇电机不能正常起动。为了降低永磁直流无刷散热风扇电机的齿槽转矩,最彻底的办法是采用无齿槽结构,绕组贴在光滑的铁心表面上。

这种无齿槽结构的直流无刷散热风扇电机已有系列产品,特别是适用于高速场合,有优异性能。对于有齿槽结构的水磁直流无刷散热风扇电机来说,为了降低磁散热风扇电机的齿槽转矩,可以采用所谓闭口槽或槽口加磁性槽方法。

所以,有文献又将齿槽转矩称为定位转矩(Detent torque)当散热风扇电机旋转时,齿槽转矩表现为一种附加的脉动转矩,虽然它不会使散热风扇电机平均有效转矩增加或减少,但它引起速度波动、散热风扇电机振动和噪声,特别是在轻负荷和低速时显得更加明显。在变速驱动时,如果齿槽转矩频率接近系统固有频率可能产生谱振和强烈声。另外在起动时,由于齿槽转矩的存在需要增大了最初的起动转矩,这对于一些无传感器控制方式就比较敏感;对于直驱式永磁无刷风力发散热风扇电机则影响最低起动风速。