矿用潜水泵高功率密度永磁同步电机极槽配合选择分析

郝雪弟，李宇航，周国昊，唐 兵

(中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院，北京 100083)

我国煤炭储量位居世界第三，是世界上最大的煤炭生产国。在煤矿开采过程中，煤矿水害是威胁煤矿生产安全的五大灾害之一，严重威胁到矿工的生命安全[1]。因此，加强应急救援装备的研发对防治煤矿水害具有重要意义。

据调查，我国已有29家专业排水能力的应急救援机构，但机构配备的设备大多数由异步电动机驱动，其效率相对较低，体积庞大且笨重，移动安装困难，难以满足在最佳救灾时间(8h)内实施应急救援的要求[2]。相比之下，永磁同步电机具有良好的启动性能、体积小、质量轻、效率高等优点，是矿用潜水泵的理想驱动电机。但由于永磁体磁极与定子铁心之间相互作用会产生齿槽转矩，且永磁同步电机反电势中含有大量谐波，这些因素会引起振动和噪声，严重会导致电机温升增加，影响了永磁同步电机运行的安全性和稳定性。

目前，常用的削弱齿槽转矩有效方法有：不对称磁极、定子斜槽、优化极槽配合、极弧因数优化、开辅助槽等[3-6]。文献[3]中研究了改变永磁体极弧因数来削弱齿槽转矩的方法，但会引入新的谐波反电势；文献[4]基于能量法和解析分析法提出了使齿槽转矩最小的磁极不对称角度的解析确定方法，但同样需要考虑新引进谐波的削弱问题；文献[5]提出奇数槽电机可大幅削弱齿槽转矩，并利用有限元验证了理论正确性；文献[6]研究了电机开辅助槽对齿槽转矩的削弱作用。……