低速大转矩真分数槽集中绕组永磁电动机(简称LCWPM),其定子绕组跨距为1个齿距,易实现机械化嵌线,可大大提高嵌线效率,保证嵌线质量,解放劳动力,节省电机制造成本。其定子绕组端部小,节省铜材的同时,可降低铜耗,提高效率。定子线包轴向长度短,可缩短电机的轴向长度,减小电机的体积,节省钢铁材料的同时,节省了电机安装空间。LCWPM每个定子齿可做成一个单元模块,不同定子齿单元模块可以实现机械拆分,为解决大直径电机的运输、安装和维护问题提供了新思路。LCWPM的特殊结构,使得其性能参数等与常规电机有诸多不同,需要进行深入研究。本课题来源于国家自然科学基金“采用单元模块组合式定子的新型低速大功率同步电机研究”(51177106)和辽宁省科技厅科技计划项目“机械装备低速大转矩低压大功率直驱稀土永磁电动机”(2011220036)。LCWPM的关键技术为低速性能和最大转矩倍数,本文围绕影响低速振动和噪声的齿槽转矩及纹波转矩进行了研究,并对影响最大转矩倍数的各种漏抗,尤其是槽漏抗和谐波漏抗进行了深入研究,得出了一些有理论意义和工程实用价值的成果,主要包括以下5部分。(1)研究了LCWPM齿槽转矩与斜槽(或斜极)距离的关系,并用有限元法分析了24槽20极和72槽20极转子不同斜槽距离时的齿槽转矩。同时研究了斜槽距离对空载反电动势,效率,功率因数,电流和最大转矩倍数的影响。斜槽对永磁电机的效率、功率因数和最大转矩倍数等产生不利影响,且随着斜槽距离的增大,影响随之变大。存在多个斜槽距离使得LCWPM的齿槽转矩为0,设计时应根据LCWPM的实际用途选择斜槽距离。(2)分析了反电动势谐波与纹波转矩之间的关系。结果表明,纹波转矩的频率为电机额定频率的6倍次,当反电动势??1616?kkEE?k?1,2,??时,可消除6k次纹波转矩。当反电动势5次谐波与7次谐波相等时,可基本消除6次纹波转矩,对削弱纹波转矩最有利。转子永磁体磁场是产生谐波电动势的主要原因,通过改变极弧系数使5,7次谐波电动势相等,达到减弱纹波转矩的目的。本文推导出使5,7次谐波反电动势相等的极弧系数解析表达式,并通过有限元法进行了验证,为选取合理的极弧系数以减小纹波转矩提供了依据。由于忽略了永磁体端部漏磁,极弧系数的解析计算值比有限元分析值小。使5,7次谐波电动势相等的极弧系数有多个值,为保证基波电动势有较大幅值,极弧系数宜取其中的较大者。(3)用有限元法分析了绕组左右分布时磁力线在定子槽中的路径,结果表明磁力线基本平行于电枢表面。用能量法推导了最常用的梯形槽和矩形槽绕组左右分布时的槽比漏磁导解析表达式,为计算电机绕组左右分布时的槽漏抗提供了依据。分析了绕组左右分布时,绕组间距离对槽比漏磁导的影响。比较了绕组上下分布与左右分布时的槽比漏磁导的大小,结果表明绕组上下分布时的槽比漏磁导比绕组左右分布时大。(4)提出了用“双星形图法”计算LCWPM的谐波分布系数,推导了谐波漏抗系数解析表达式,并绘制了常见真分数槽电机不同q值时谐波漏抗系数随节距系数的变化曲线图。以后真分数槽电机设计时,谐波漏抗系数可根据本文绘制的曲线图直接查取。分析表明,当单元电机定子槽数0Q分别为奇数,4mkQ0??k?2,,1??和?122?0kmQ???k?,2,1??时,谐波短距系数解析表达式相同,而谐波绕组分布系数解析表达式不同。谐波短距系数、分布系数及绕组系数均成周期性变化,变化周期同单元电机槽数有关。大量分数次谐波的存在,使得真分数槽集中绕组永磁同步电动机谐波漏抗远大于常规电机。(5)运用Matlab编制了LCWPM电磁设计程序。为进行对比,本文设计了q?2.1(72槽20极)和q?0.4(24槽20极)2台样机,计算了样机的漏抗。结果表明,漏抗占样机同步电抗的大部分,而漏抗中比例最大的为槽漏抗和谐波漏抗。搭建了样机测试平台,测试了样机的齿槽转矩,纹波转矩、功率因数、效率、最大转矩倍数及电抗等性能参数,验证了理论分析的正确性。同时,对比分析了2台样机的性能参数,阐述了LCWPM的特殊结构对其参数性能的影响。