永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性研究

□閆國(guó)鵬

（西京學(xué)院 陜西 西安 710123）

永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性研究

□閆國(guó)鵬

（西京學(xué)院 陜西 西安 710123）

由于永磁同步直接使用了永磁體勵(lì)磁，簡(jiǎn)化了電機(jī)的結(jié)構(gòu)，因此它的耗損量和發(fā)熱量比較低。在永磁同步電機(jī)中，電機(jī)勵(lì)磁部分具有永磁體，靈活性較高的特點(diǎn)。本文以永磁同步電機(jī)為此次研究的對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)永磁電機(jī)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及特性進(jìn)行詳細(xì)探討。

永磁同步電機(jī)；原理；特點(diǎn)分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；研究

1 對(duì)永磁同步電機(jī)工作原理的相關(guān)分析

永磁同步電機(jī)是一種交流電機(jī)，與異步電機(jī)不同的是，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)安裝有永磁磁極，極性明確。如果發(fā)現(xiàn)在永磁同步電機(jī)運(yùn)行的過程中，定子合成磁場(chǎng)軸線落后于轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)軸線，功率角大于零，則轉(zhuǎn)子和電磁轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)方向會(huì)相反，其轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)為制動(dòng)性質(zhì)。為了保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變化，相關(guān)人員需要利用轉(zhuǎn)子軸對(duì)驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行傳遞。外界機(jī)械功率輸入后，永磁同步電機(jī)發(fā)出電功率使發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

2 對(duì)永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析

2.1 表面轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

表面轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)被布置在轉(zhuǎn)子鐵芯外表面，并以瓦片細(xì)形布置，一般在其表面使用具有一定保護(hù)效果的非導(dǎo)體磁套筒。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過高的時(shí)候，非導(dǎo)體磁套筒更好的保護(hù)了永磁體，有效避免離心力過大而被甩出。

2.2 內(nèi)置轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

永磁體布置在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，所以被叫做內(nèi)置轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁磁極會(huì)在保護(hù)作用下產(chǎn)生更大的抗去磁能力。轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱會(huì)使得交直軸的同步電感產(chǎn)生一定的差異，從而增大磁阻轉(zhuǎn)矩，有效的提高永磁同步電機(jī)的功率密度，以此提升電機(jī)的整體性能。

2.3 關(guān)于定子繞組的選型

根據(jù)相數(shù)把定子繞組分為單相繞組、多相繞組、三相繞組并按照每級(jí)、每相的槽數(shù)，將其分為整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組。同時(shí)根據(jù)繞組層數(shù)的不同，劃分為單層繞組和雙層繞組。由于定子的繞組結(jié)構(gòu)有所不同，所以相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求也不相同。因此需要合理的設(shè)計(jì)定子繞組的連接方式，通常情況下，采用的是三相對(duì)稱繞組的連接方式。

3 關(guān)于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)分析

3.1 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮電機(jī)性能問題，合理的選擇結(jié)構(gòu)材料和參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出工藝可行、性能良好的磁路。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要根據(jù)電機(jī)性能的基本要求對(duì)磁路結(jié)構(gòu)做出明確，從而將空間不均勻分布的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃Ф喽舜怕罚皶r(shí)修正相關(guān)的系數(shù)，一定要檢查磁路的參數(shù)和特性是否達(dá)到相關(guān)要求。

3.2 關(guān)于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究

3.2.1 選擇材料。對(duì)電機(jī)的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先需要選擇材料。在此環(huán)節(jié)中，通常選擇硅鋼片作為轉(zhuǎn)子材料，以永磁體作為磁極的材料，用銅作為繞組材料。具體要滿足這幾方面的要求：（1）充分考慮永磁同步電機(jī)的工作情況，確保在短路、高溫情況下，去磁面積處的接受范圍內(nèi)。（2）永磁體要達(dá)到電機(jī)日常運(yùn)行過程中對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)要求。（3）科學(xué)合理的選擇材料，有效防止電機(jī)成本過大。

3.2.2 關(guān)于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要分為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為表貼式和內(nèi)貼式，但是其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的弱磁擴(kuò)速能力較差，在高速運(yùn)行還需要利用套筒進(jìn)行固定，安全性較低。所以說，要選用內(nèi)貼式的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，為了有效提高電機(jī)高速運(yùn)行中的轉(zhuǎn)矩輸出能力和弱磁擴(kuò)速能力，使用v型式的內(nèi)置結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴捎眠@種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)永磁體的固定，同時(shí)還可以有效防止永磁體在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中被甩出。

3.2.3 對(duì)定子繞組的設(shè)計(jì)分析。在定子繞組設(shè)計(jì)過程中，需要先比較整數(shù)槽分布繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組的特性，以滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本要求為主，通過仔細(xì)比較發(fā)現(xiàn)，分?jǐn)?shù)槽的適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以滿足極槽的配合方案。可是由于級(jí)對(duì)數(shù)的不斷增加，電頻率也在不斷的變大。為了有效降低齒槽的轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)矩和反電勢(shì)諧波的波動(dòng)，確保永磁同步電機(jī)的性能，一定要選用整數(shù)槽分布式繞組。

結(jié)束語

在永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要充分考慮永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以便于進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。相關(guān)人員在多次實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，雖然新型永磁同步電機(jī)和傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)的性能基本相同，但是新型永磁同步電機(jī)的銅消耗和鐵耗損較低，所以這種電機(jī)更值得大力的推廣和應(yīng)用。

[1]倪春瑾,鐘再敏,王心堅(jiān).永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性分析[J].機(jī)電一體化,2016,22(1):18-22.

[2]曹冀.高速永磁同步電機(jī)的電磁性能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電機(jī)技術(shù),2016(3):6-10.

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1004-7026（2017）06-0095-01

TM351

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.06.067

閆國(guó)鵬（1995.10-），男，陜西榆林，西京學(xué)院，機(jī)電一體化專業(yè)。