陳 磊

實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)電磁力特性研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 磊

（海裝廣州局，廣州 510320）

為滿足實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)在低振動(dòng)噪聲環(huán)境下的應(yīng)用，需對(duì)實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文通過(guò)有限元方法，分析定子有槽結(jié)構(gòu)、定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)、單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下電機(jī)各部件的電磁力分布情況，以振動(dòng)最小為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)比分析得出最優(yōu)的電磁結(jié)構(gòu)。

實(shí)心轉(zhuǎn)子 感應(yīng)電機(jī) 電磁力 電機(jī)振動(dòng) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)具有優(yōu)越的啟動(dòng)性能，適合頻繁重載啟動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間工作在制動(dòng)狀態(tài)的特點(diǎn)。同時(shí)實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度與平衡性高、獨(dú)特的渦流特性等優(yōu)點(diǎn)，在起重設(shè)備領(lǐng)域，高速電機(jī)領(lǐng)域以及多自由度電機(jī)等領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值[1-2]。

為滿足實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)在低振動(dòng)噪聲環(huán)境下的應(yīng)用（如艦船和潛艇），需對(duì)實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行減振降噪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

對(duì)于電機(jī)的減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)，已有較為成熟的方法。早在1974年，前蘇聯(lián)學(xué)者舒波夫就對(duì)電機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了研究，其深入研究了電機(jī)振動(dòng)噪聲的三大主要振源，并且在其著作中明確指出，電機(jī)的振動(dòng)主要是由變化的徑向電磁力作用在定子齒上而引起[3]。在1998年Cho和Kim兩人便針對(duì)一臺(tái)小型鼠籠式異步電機(jī)提出了電磁力的計(jì)算模型[4]，其分別考慮了轉(zhuǎn)子斜槽、轉(zhuǎn)子偏心，以及開槽對(duì)電磁力的影響。Alger和Erdelyri也是較早研究電機(jī)振動(dòng)噪聲的學(xué)者，其研究結(jié)果表明電機(jī)振動(dòng)的主要振源為徑向電磁力，并且通過(guò)解析計(jì)算出了氣隙中心線處徑向磁密和電機(jī)定子的固有頻率，在這兩者的基礎(chǔ)上計(jì)算出電機(jī)的輻射噪聲[5-6]，但是解析公式中存在大量的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致精度較低。

國(guó)內(nèi)關(guān)于電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲的研究起步較晚，諸自強(qiáng)和陳永校兩人時(shí)國(guó)內(nèi)較早研究電機(jī)振動(dòng)噪聲的兩位學(xué)者，他們對(duì)異步電機(jī)、同步電機(jī)的振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，提出利用類比的方法將電機(jī)的振動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)換為電路的計(jì)算，極大的簡(jiǎn)化了電機(jī)的振動(dòng)分析[7-8]。在其著作中，系統(tǒng)的闡述了異步電機(jī)和同步電機(jī)的振動(dòng)噪聲機(jī)理，以及電機(jī)噪聲的鑒別方法和測(cè)量方法，并結(jié)合異步電機(jī)和同步電機(jī)本身的固有頻率特性提出了多種削弱電磁噪聲的措施，如選擇合適的定、轉(zhuǎn)子槽配合，斜槽與分?jǐn)?shù)槽等，其研究極大的推動(dòng)了國(guó)內(nèi)對(duì)電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲問(wèn)題的研究。

目前電機(jī)振動(dòng)噪聲的研究主要集中在永磁電機(jī)，對(duì)于感應(yīng)電機(jī)電磁力的激振機(jī)理以及振動(dòng)噪聲方面的研究還需進(jìn)一步深入，而針對(duì)實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行減振降噪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面可豐富感應(yīng)電機(jī)電磁振動(dòng)理論，另一方面可加快實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)在低振動(dòng)噪聲領(lǐng)域的應(yīng)用。

本文以實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)有限元方法分析定子有槽結(jié)構(gòu)、定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)、單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下電機(jī)各部件電磁力的分布情況，以振動(dòng)最小為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)比得出最優(yōu)的電磁結(jié)構(gòu)。四種電機(jī)結(jié)構(gòu)的拓?fù)淙鐖D1所示，基本的電磁參數(shù)如表1所示。

圖1 電機(jī)拓?fù)涫疽鈭D

表1 電機(jī)參數(shù)

1 電機(jī)各部件電磁力計(jì)算方法

1.1 定子繞組電磁力計(jì)算方法

對(duì)于定子繞組，可將其處理為磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體，一般采用洛倫茲力法進(jìn)行計(jì)算，由于單根定子繞組尺寸較小，只需考慮周向集中電磁力與徑向集中電磁力。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力計(jì)算公式可以表示為：

其中表示導(dǎo)體內(nèi)的電流密度，表示磁感應(yīng)強(qiáng)度。將繞組截面的電磁力密度進(jìn)行二維積分，得到單根繞組截面所受集中電磁力。

1.2 定子鐵心電磁力計(jì)算

定子鐵心采用硅鋼片疊壓而成，由于硅鋼片之間相互絕緣，其內(nèi)部可認(rèn)為沒(méi)有渦流回路，僅有磁回路，根據(jù)電工理論，定子鐵心的主要受力部位為鐵心與空氣的交界面。

導(dǎo)磁材料在磁場(chǎng)中的電磁力計(jì)算可采用Maxwell應(yīng)力張量法，將體積力等效為面積力，從而簡(jiǎn)化電磁力計(jì)算。由Maxwell應(yīng)力張量推導(dǎo)的面積力公式為：

式中，下標(biāo)表示法向分量，下標(biāo)表示切向分量，為磁場(chǎng)強(qiáng)度，μ為空氣磁導(dǎo)率。

在鐵心和空氣的交界面上，法向磁感應(yīng)強(qiáng)度和切向磁感應(yīng)強(qiáng)度均為連續(xù)，但鐵心磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣磁導(dǎo)率，因此磁力線進(jìn)出鐵心時(shí)幾乎與鐵心表面垂直，此時(shí)H≈0，計(jì)算公式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

式(3)則表示在定子鐵心表面的電磁力方向均垂直于交界面。

1.3 實(shí)心轉(zhuǎn)子電磁力計(jì)算

根據(jù)電工理論，單位體積鐵磁物質(zhì)上所受的電磁力可表示為：

式中，第一項(xiàng)為傳導(dǎo)電流在鐵磁物質(zhì)中產(chǎn)生的洛倫茲力，第二項(xiàng)是由磁導(dǎo)率變化而引起的電磁力，第三項(xiàng)為鐵磁物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生形變后使磁導(dǎo)率在各個(gè)方向發(fā)生變化而產(chǎn)生的力，一般磁質(zhì)形變導(dǎo)致的磁導(dǎo)率變化較小，在通常的計(jì)算中可將第三項(xiàng)力略去不計(jì)。

實(shí)心轉(zhuǎn)子采用實(shí)心鋼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部既可以導(dǎo)電也可以導(dǎo)磁。根據(jù)式(4)可知，在實(shí)心轉(zhuǎn)子內(nèi)部會(huì)受到洛倫茲力，以及磁導(dǎo)率變化產(chǎn)生的電磁力，但在沒(méi)有達(dá)到深度飽和時(shí)鐵心內(nèi)部磁導(dǎo)率的梯度較小，可以忽略內(nèi)部磁導(dǎo)率變化產(chǎn)生的電磁力，因此實(shí)心鋼內(nèi)部采用洛倫茲力法進(jìn)行計(jì)算，而對(duì)于實(shí)心鋼表面則采用式(3)進(jìn)行計(jì)算。

2 電機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)電磁力的影響

2.1 定子開槽對(duì)電磁力的影響分析

2.1.1 繞組所受電磁力分析

對(duì)于定子開槽電機(jī)，繞組的周向電磁力和徑向電磁力在不同相位的空間分布關(guān)系如圖2所示，從圖中可以看出單根繞組周向電磁力最大為136 N，徑向電磁力最大為1 348 N。因此對(duì)于單根繞組而言，徑向電磁力會(huì)遠(yuǎn)大于周向電磁力。

在鐵心開槽結(jié)構(gòu)下，槽內(nèi)絕大多數(shù)磁力線沿齒部與轉(zhuǎn)子交鏈，僅存在少量漏磁通穿過(guò)定子繞組。其中齒間交鏈的漏磁通方向主要沿電機(jī)周向，因此鐵心開槽導(dǎo)致定子繞組上的磁通周向分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于徑向分量。而周向磁通決定定子繞組徑向電磁力，所以單根繞組中徑向電磁力大于周向電磁力。

圖2 定子開槽繞組電磁力空間分布

對(duì)于定子無(wú)槽電機(jī)，繞組的周向電磁力和徑向電磁力在不同相位的空間分布關(guān)系如圖3所示。從圖中可以看出單根繞組周向電磁力最大值為1 748 N，徑向電磁力最大值為418 N。因此對(duì)于無(wú)槽電機(jī)的單根繞組而言，周向電磁力遠(yuǎn)大于徑向電磁力。因?yàn)椴捎脽o(wú)槽定子后，繞組中主要為徑向磁通，而周向電磁力主要由徑向磁通決定，因此在定子無(wú)槽電機(jī)中單根繞組的周向電磁力會(huì)大于徑向電磁力。

圖3 定子無(wú)槽繞組電磁力空間分布

通過(guò)對(duì)比分析以上結(jié)果可以得出，定子開槽電機(jī)繞組電磁力徑向分量大于周向分量，而定子無(wú)槽電機(jī)繞組電磁力周向分量大于徑向分量。

2.1.2 定子鐵心所受電磁力分析

對(duì)于定子開槽電機(jī)，主磁通經(jīng)過(guò)定子齒部與動(dòng)子交鏈，定子齒部是主要受力部位。以1號(hào)和2號(hào)繞組中間的定子齒部為對(duì)象，利用Maxwell應(yīng)力張量法，求解得到齒頂和齒壁電磁力的法向集中力和切向集中力如圖4、圖5所示。其中齒頂?shù)姆ㄏ蛄閺较蛄Γ邢蛄橹芟蛄?，而齒壁的法向力為周向力，切向力為徑向力。

圖4 定子齒頂電磁力

圖5 定子齒壁電磁力

齒頂和齒壁的電磁力沿法向分量較大，表現(xiàn)為齒頂主要受力沿徑向正方向，齒壁主要受力沿周向。同一齒兩側(cè)齒壁受力大小不等，若1號(hào)繞組側(cè)齒壁周向電磁力為F，2號(hào)繞組側(cè)齒壁周向電磁力為F，則齒部周向電磁力為F-F。

對(duì)于定子無(wú)槽電機(jī)，鐵心形狀規(guī)則，電磁力集中在定子鐵心靠近繞組的交界面。定子鐵心與定子繞組間存在氣隙，根據(jù)Maxwell應(yīng)力張量法，定子鐵心與空氣交界面上切向力為零，交界面周向和徑向力密度如圖6所示。

圖6 定子無(wú)槽鐵心電磁力密度分布

定子有槽和定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)下，定子鐵心所受徑向電磁力分布如圖7所示。

從圖4～7中可以對(duì)比得出，有槽結(jié)構(gòu)定子所受的徑向電磁力大于無(wú)槽結(jié)構(gòu)定子所受的徑向電磁力，且有槽結(jié)構(gòu)電磁力的空間階次更為豐富。

圖7 定子鐵心電磁力空間階次分布

2.1.3 實(shí)心轉(zhuǎn)子所受電磁力分析

對(duì)于定子開槽電機(jī)，實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向電磁力的空間分布和空間階次分布如圖8所示。

圖8 定子開槽下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向電磁力分布

對(duì)于定子無(wú)槽電機(jī)，實(shí)心轉(zhuǎn)子的徑向電磁力的空間分布及空間階次分布如圖9所示。

圖9 定子無(wú)槽下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向電磁力分布

對(duì)比定子開槽和定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)下實(shí)心轉(zhuǎn)子的徑向電磁力，可以分析得出定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向電磁力主要包括0階分量與2階分量，而定子開槽結(jié)構(gòu)下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向電磁力密度包含0-14階分量，其中0階、2階、10階和12階分量幅值較大，造成電磁力空間階次豐富的主要原因是定子齒槽帶來(lái)的齒槽諧波所致。

定子開槽結(jié)構(gòu)下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向分布力幅值為26 410 N/m2，定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向分布力幅值為11 890 N/m2。可見定子開槽結(jié)構(gòu)下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向分布力大于定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)下實(shí)心轉(zhuǎn)子徑向分布力。

2.1.4 綜合對(duì)比分析

輸入電流有效值1 000 A時(shí)，定子開槽電機(jī)產(chǎn)生的周向合力為21 641 N，定子無(wú)槽電機(jī)產(chǎn)生的周向合力為11 323 N。已知周向合力與電流平方成正比，因此定子開槽電機(jī)和定子無(wú)槽電機(jī)產(chǎn)生10 kN周向合力時(shí)，輸入電流的有效值分別為679.77 A和939.76 A。在產(chǎn)生相同周向合力的前提下，定子開槽電機(jī)和定子無(wú)槽電機(jī)實(shí)心轉(zhuǎn)子受力數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表2所示。

表2 有槽和無(wú)槽結(jié)構(gòu)下轉(zhuǎn)子受力對(duì)比

從表2中可以得出，在相同周向合力輸出時(shí)，定子無(wú)槽電機(jī)實(shí)心轉(zhuǎn)子的徑向分布力小于定子開槽電機(jī)實(shí)心轉(zhuǎn)子的徑向分布力，且定子有槽電機(jī)的電磁力諧波成分更為豐富，而徑向分布力是造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)的主要激勵(lì)源，因此在輸出相同周向合力的情況下定子開槽電機(jī)徑向電磁力更大且空間階次更豐富，引起的電磁振動(dòng)更大。

對(duì)于定子側(cè)，造成定子振動(dòng)的主要激勵(lì)源是定子鐵心徑向電磁力和定子繞組徑向電磁力，根據(jù)圖2和圖3的對(duì)比分析，定子開槽電機(jī)的徑向電磁力（單根繞組徑向力和定子鐵心徑向力）均大于定子無(wú)槽電機(jī)徑向電磁力，再對(duì)比圖7(a)和圖7(b)電磁力的空間階次，得出有槽電機(jī)定子鐵心所受電磁力的諧波階次更為豐富，引起的電磁振動(dòng)更大。

綜合對(duì)比，從振動(dòng)最小的優(yōu)化目標(biāo)出發(fā)，應(yīng)選擇定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)。

2.2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)電磁力的影響分析

本節(jié)分析兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)各部件電磁力的影響。由于在2.1節(jié)中分析得出，定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)有利于減振，因此后續(xù)將基于定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2.2.1 繞組所受電磁力分析

單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下繞組電磁力的空間分布以及實(shí)心鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)下繞組電磁力的空間分布與圖2、3相似。對(duì)于單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，單根繞組周向集中力峰值為2 866 N，徑向集中力峰值為205 N。對(duì)于實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，單根繞組周向集中力峰值為1 686 N，徑向集中力峰值為423 N。通過(guò)對(duì)比分析可以得出，兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)單根繞組的周向電磁力均大于徑向電磁力，因?yàn)槎ㄗ永@組磁通分布主要受定子鐵心結(jié)構(gòu)的影響，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不改變定子繞組電磁力在周向和徑向大小規(guī)律。

2.2.2 定子鐵心所受電磁力分析

定子鐵心為無(wú)槽硅鋼片疊壓結(jié)構(gòu)，電磁力集中在定子鐵心靠近繞組側(cè)的邊界上。單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子和實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下定子鐵心的周向電磁力分布和徑向電磁力分布和圖6相似，兩者周向電磁力密度均為零，單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下定子鐵心的徑向電磁力幅值為42 470 N/m2，實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下定子鐵心的徑向電磁力幅值為14 790 N/m2?？梢妴螌?shí)心鋼轉(zhuǎn)子徑向電磁力密度更大，產(chǎn)生的振動(dòng)也會(huì)相應(yīng)增大。

2.2.2 實(shí)心轉(zhuǎn)子所受電磁力分析

對(duì)于單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子電機(jī)，首先計(jì)算得出周向集中力為2665N。而對(duì)于徑向電磁力，主要由轉(zhuǎn)子鐵心表面的徑向電磁力和內(nèi)部的徑向電磁力構(gòu)成，根據(jù)Maxwell應(yīng)力張量法可以計(jì)算得到表面的徑向電磁力分布如圖10(a)所示。

圖10 單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子徑向電磁力分布

對(duì)于單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子內(nèi)部徑向電磁力，由于集膚效應(yīng)的影響，實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子內(nèi)部的渦流沿徑向的變化不可忽略，因此需對(duì)實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子沿徑向進(jìn)行分層處理，進(jìn)而分析不同徑向位置下電磁力的分布情況。根據(jù)轉(zhuǎn)子徑向長(zhǎng)度，將其沿徑向分為19層，并將每一層編號(hào)為1～19。計(jì)算得到不同徑向長(zhǎng)度上電磁力的分布情況如圖10(b)所示，從圖中可以看出1～19層，電磁激振力呈逐漸減小趨勢(shì)。其原因在于實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子的集膚效應(yīng)，感應(yīng)渦流集中在實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子的外表面，導(dǎo)致越靠近外表面的電磁激振力越大。

將磁導(dǎo)率變化引起的電磁力與內(nèi)部渦流引起的電磁力通過(guò)積分進(jìn)行疊加，求得單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子徑向合成電磁力在周向依然呈正弦分布與圖10(a)相似。從圖10中可以看出，轉(zhuǎn)子表面電磁力與內(nèi)部電磁力有一定抵消，但從徑向合成力來(lái)看大多數(shù)區(qū)域受力方向?yàn)閺较蛘较?，且徑向電磁力幅值? 741 N/m2。

對(duì)于實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子，其銅層和鋼層上均受到電磁力作用，根據(jù)洛倫茲力公式，實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子上銅層電磁力的周向集中力為10 437 N，徑向電磁力沿周向分布，幅值為2 495N/m2。

而對(duì)于鋼轉(zhuǎn)子部分，其周向集中力為547 N。將鋼轉(zhuǎn)子按徑向長(zhǎng)度分解為15層，并沿徑向編號(hào)為1-15。根據(jù)Maxwell應(yīng)力張量法和洛倫茲力法計(jì)算得到鋼轉(zhuǎn)子表面的徑向電磁力如圖11(a)所示，內(nèi)部的電磁力如圖11(b)所示。

圖11 復(fù)合實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子徑向電磁力分布

將磁導(dǎo)率變化產(chǎn)生的徑向電磁力與渦流產(chǎn)生的徑向電磁力沿徑向進(jìn)行積分疊加得到鋼轉(zhuǎn)子合成徑向電磁力分布，幅值為9 933 N/m2，受力方向以徑向負(fù)方向?yàn)橹鳌?/p>

2.2.4 綜合對(duì)比分析

在定子無(wú)槽的前提條件下，當(dāng)輸入電流有效值為1000 A時(shí)，單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子和實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子電磁力對(duì)比如圖表3所示。

表3 相同電流輸入下兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)受力對(duì)比

若兩種電機(jī)輸出相同10 kN的周向合力，輸入電流有效值分別為1 937.1 A、939.76 A。輸出相同周向合力時(shí)，單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子電機(jī)和實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子電機(jī)電磁力數(shù)值計(jì)算結(jié)果如表4所示。

在輸出相同周向合力時(shí)，單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子電機(jī)徑向電磁力大于實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子電機(jī)的徑向電磁力，其中實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子中銅層為主要受力部件。因此在輸出相同周向合力時(shí)，實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生的徑向電磁力最小，以振動(dòng)最小為優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)選擇實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子。

表4 相同周向合力輸出下兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)受力對(duì)比

3 結(jié)論

本文利用有限元分析方法，計(jì)算并分析了定子有槽結(jié)構(gòu)、定子無(wú)槽結(jié)構(gòu)、單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和實(shí)心鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)下各部件電磁力的分布，并針對(duì)導(dǎo)電導(dǎo)磁材料的電磁力計(jì)算，提出了根據(jù)導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性分解計(jì)算后疊加分析的思路。

分析發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

定子無(wú)槽電機(jī)徑向電磁力空間階次主要包含0階分量和2階分量，定子開槽電機(jī)徑向電磁力空間階次主要包含0階、2階、10階和12階分量，定子開槽電機(jī)電磁力諧波階次分布更為復(fù)雜。而轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由于采用光滑結(jié)構(gòu)，單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子和實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子均不會(huì)對(duì)磁場(chǎng)引入高階諧波分量。

在輸出相同周向合力時(shí)，不同定子結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁力大小關(guān)系為：定子開槽電機(jī)所受電磁激振力大于定子無(wú)槽電機(jī)所受電磁激振力，單實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子電機(jī)所受電磁激振力大于實(shí)心鋼復(fù)合轉(zhuǎn)子電機(jī)所受電磁激振力，因此綜合對(duì)比電機(jī)應(yīng)選擇定子無(wú)槽，轉(zhuǎn)子實(shí)心鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)。

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Study of electromagnetic force characteristics and optimal design of solid rotor induction motor

Chen Lei

(Naval Equipment Department in Guangzhou, Guangzhou 510320, China)

TM346

A

1003-4862（2023）11-0012-06

2023-04-12

陳磊（1985-），男，碩士，研究方向：裝備監(jiān)造。E-mail：604326870@qq.com