淺談稀土永磁同步電動機的優(yōu)化設(shè)計

摘 要：稀土永磁同步電動機是一種超高效節(jié)能電機。稀土永磁同步電機有損耗小、效率高、節(jié)能效果顯著、運行好等特點。因此應(yīng)用前景非常廣闊，但是如果沒有合理設(shè)計方案、得體的工藝技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的電磁材料，也不會生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。在稀土稀土永磁電動機的設(shè)計上，應(yīng)該首先滿足其所要達到的性能指標(biāo)，降低使用的成本，只有提升使用效率，降低成本，才能達到設(shè)計需求。文章根據(jù)目前此種電動機的設(shè)計特點，進行了一定的改進，并將其進行優(yōu)化，也在文章中具體討論了此類電動機的性能特征以及設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：稀土永磁同步電動機；優(yōu)化設(shè)計；永磁體

引言

在日益嚴(yán)重的能源短缺的背景下，不斷進行新的技術(shù)開發(fā)，提升電動機的使用效率已經(jīng)成為了很多國家希望達成的重要目標(biāo)。稀土永磁高效電機在使用效率方面遠勝于其他類型的發(fā)電機，在稀土永磁高效電機投入使用以后，其就以各種使用指標(biāo)穩(wěn)定吸引了各國的眼球，在國際市場上具有相當(dāng)大的競爭能力，我國稀土資源居世界第一位，應(yīng)該充分利用這一優(yōu)勢，對此種發(fā)電機進行推廣使用，此舉對處于發(fā)展中的中國具有重要的現(xiàn)實意義。

1 稀土永磁高效電機和異步動永磁同步電動機的不同之處

稀土永磁高效電機的設(shè)計建立在異步電機基礎(chǔ)之上，不同之處在于其將轉(zhuǎn)子邊鼠籠內(nèi)側(cè)鑲?cè)胂⊥龄摚c異步動永磁同步電動機相比，勵磁電流以及內(nèi)部的轉(zhuǎn)子上的金屬使用量（銅、鐵）等使用量降低，無功電流減少，提升了電機的使用效率，設(shè)備的使用溫度降低。并且，與普通的勵磁電機比較，降低了摩擦，使整個結(jié)構(gòu)簡化。

2 提升電機功率的若干措施

2.1 利用空截反電動勢與因數(shù)之間的曲線關(guān)系

普通的電動機定子上的電流I1和If在平面直角坐標(biāo)系上是一條“V”型的曲線，如我們保持其他的參數(shù)不發(fā)生變化，只改變磁體的性能和用量，那么此時定子電流I1=fE0的曲線同樣是一個V形曲線，因此，在這種情況下，我們給予空載反電動勢E0一個合適的值，以此來提升電動機的使用效率，整個方案實施的關(guān)鍵在于合理賦予E0的值。根據(jù)我們經(jīng)常用到的電動勢方程，我們可以清楚的得到電動勢的變化和負(fù)載電流變化的關(guān)系，通過控制E0的值而提高功率因數(shù)，從而提高其效率。

2.2 通過調(diào)整轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)

永磁同步電動機一般按照永磁體位置的不同分為三類，分別為表面式，爪極式以及內(nèi)置式，內(nèi)置結(jié)構(gòu)式又可以進一步分為切向式，徑向式和混合式，電機使用的形式應(yīng)該按照極數(shù)以及電機功率進行具體確定，在此基礎(chǔ)上，也要考慮到材料的成本以及工藝難度，文章提及的稀土永磁同步電動機主要就是采用的內(nèi)置式的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有其自身的特點，即永磁體固定在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，永磁體表面與定子鐵芯內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中可以放置鑄鋁籠或鋼條籠，阻尼作用明顯，整個電機的穩(wěn)定性極好，此種結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 電機內(nèi)部永磁體的選擇原則

稀土永磁同步電動機在進行磁體選擇時應(yīng)該遵循以下原則：第一，保證氣隙磁場以及性能指標(biāo)；第二，保證工作狀態(tài)下磁性的穩(wěn)定性；第三，保證裝配合理和機械強度；第四，性價比較高。以上述的原則來確定牌號，并通過調(diào)整此題的尺寸來調(diào)整電動勢的大小，從而降低無功消耗，降低使用成本。

2.4 調(diào)整繞組的匝數(shù)和鐵芯的長度

單純的從功效上看，增加匝數(shù)和增加鐵芯的長度殊途同歸，但是兩者也存在一定的區(qū)別，增加繞組的匝數(shù)能夠?qū)е耎ad和Xaq的增大，他會使得電動機的過載能力降低，因此，此種方法的使用有一定的局限性，需要符合一定的前提條件。

2.5 氣隙長度的選擇

在進行氣隙長度選擇時，一般通過降低氣隙的長度來提升功率，但是降低或者減少的長度要進行控制，否則會有多種不良的后果。采用此種方法時，一般會增加雜散的消耗，提升裝配難度增加電磁的噪聲，因此，在實際的操作過程中，應(yīng)按照相應(yīng)的規(guī)格調(diào)整氣隙長度。

3 定、轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計

在進行電動機的尺寸確定工作之后，接下來是進行電機定子和轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計，此類設(shè)計可以參照一般的電機進行，如果條件允許，可以直接利用異步電機定子沖片。

普通的感應(yīng)電動機和異步起動永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子類型極為相似，都是使用的類似的槽型轉(zhuǎn)子，在稀土永磁同步電動機中，鼠籠條的作用僅僅是啟動，但是卻不能在同步時起到作用，因此，稀土永磁同步電動機應(yīng)該選擇深槽或者圓形槽或者凸形槽。當(dāng)然，其他類型的槽口也有不同的作用，稀土永磁同步電動機也根據(jù)其類型的不同選擇而不盡相同，對于小型的稀土永磁同步電動機可以使用梨形槽或者梯形槽。不同的槽口作用不同，對于稀土永磁同步電動機的影響也有大有小，在實際的應(yīng)用過程中閉口槽可以減小雜散的損耗減小槽齒效應(yīng)，對于稀土永磁同步電動機的實際使用功率影響不大，因此在稀土永磁同步電動機使用閉口槽也是不錯的選擇。眾所周知，轉(zhuǎn)子槽的最重要的作用在于啟動電機，在進行設(shè)計時為了節(jié)省材料和預(yù)留空間，在確定轉(zhuǎn)子槽類型時，應(yīng)該不能讓電動機接近同步轉(zhuǎn)速時的特性曲線陡度過小，不然就會很難達到電動機牽入同步能力的指標(biāo)，因此，這時電動機轉(zhuǎn)子槽也不能開的過淺或者過窄。

4 稀土永磁同步電動機永磁體的設(shè)計

在進行稀土永磁同步電動機永磁體設(shè)計時，設(shè)計的尺寸包括三個方面，主要是軸向的長度和寬度，在實際的設(shè)計當(dāng)中，永磁體的長度一般不應(yīng)長于鐵芯軸的實際長度，因此，只需要進行兩兩個永磁體的設(shè)計即可，在實際的設(shè)計過程中，應(yīng)該注意以下幾點：第一，hM（軸向長度）在設(shè)計時應(yīng)該保證直流的電抗合理，保證Xad不發(fā)生大的變化，從而不影響電動機的整體性能。第二，hM（軸向長度）不能過小，如果hM太薄，會使永磁體的廢品率提升，間接地提升了整個設(shè)計的成本，在運輸和裝配上也存在一定的問題。第三，hM（軸向長度）不能過小，永磁體太薄容易使永磁體的磁性消失，在進行設(shè)計時，應(yīng)該保證其厚度在最佳的工作點，在調(diào)整電動機的性能時，可以依靠調(diào)整bM（永磁體寬度）的長度進行確定，bM決定了永磁體所提供的磁通量的面積，當(dāng)負(fù)荷較高時，應(yīng)該安裝較多的永磁體。

永磁體的尺寸對于電動機的影響很大，其中對于電動機的運行性能以及電動機中的永磁體系數(shù)影響最大，決定了整個磁體的利用率。根據(jù)計算的結(jié)果以及多組重復(fù)性實驗可知，永磁體的尺寸變大，空載漏磁系數(shù)就越低，由此，可以推導(dǎo)出永磁體的設(shè)計尺寸。

5 電樞繞組設(shè)計

與一般的異步電動機設(shè)計無二，稀土永磁同步電動機也采用了單層連式，單層同心式等。在實際的使用過程中經(jīng)常采用雙層的正弦繞組來進行波形的改善和損耗的降低。在電動機中，由于永磁體勵磁，造成氣隙磁場諧波較多，對電動勢有一定的影響。異步起動永磁同步電動機通常采用丫接的雙層短距繞組以避免電動機繞組中產(chǎn)生環(huán)流，并削弱電動勢諧波。

6 結(jié)束語

電動機的優(yōu)化設(shè)計是非常復(fù)雜的非線性規(guī)劃問題，設(shè)計要考慮多種因素以及各個方面的復(fù)雜性，但是，它在很多的方面還存在著不足，沒有得到解決，尤其是關(guān)于尋求電機優(yōu)化設(shè)計的全局問題，已成為困擾技術(shù)人員的最大問題之一，用傳統(tǒng)的電機優(yōu)化設(shè)計方法，無法從根本上解決這一問題，因此，還需要技術(shù)人員考慮更多因素來尋求獲得電磁同步電機最優(yōu)化的方法。

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