转子磁路结构对永磁同步电动机性能的影响

永磁同步电动机电抗值的计算及其对性能的影响刘仲恕1吴亚麟2林明耀3(1.福建工程学院电子信息与电气工程系,福建福州350014;2.福州职业技术学院技术工程系,福建福州350108;3.东南大学电气工程学院,南京210096)摘要:对永磁同步电动机稳态电抗值的3种计算方法进行了分析和比较,确认用“负载法”计算最为精确,结合样机实测数据,讨论了电抗值对永磁电动机性能的影响,提出了电抗参数设计的最佳值。

关键词:永磁;同步电动机;电抗值中图分类号:TM351文献标识码:A文章编号:1006-0170(2007)01-0028-04FUJIAN DIAN LI YU DIANG ONG第27卷第1期2007年3月IS S N 1006-0170CN 35-1174/TM1引言永磁同步电动机与普通的感应电动机相比,不需要无功励磁电流,在同步运行状态下转子电阻损耗为零;因此,它具有功率因数高和效率高的特点,通常可用以代替力能指标较低的感应电动机,其经济效益和社会效益十分显著。

近几年来,对永磁同步电动机设计计算的研究日益受到广泛重视,其中,永磁同步电动机的直轴与交轴电枢反应电抗X a d 、X a q 值的准确计算,一直是该类电机设计的核心问题。

由永磁同步电动机稳态分析模型可知,电磁转矩的大小取决于X a d 和X a q 数值;而在动态数学模型中,动态效率以及内功率因数角ψ的选取,也与这两个电抗值有关。

因此,异步启动永磁电动机设计与仿真过程中电抗值的准确计算,是决定该种电机性能的关键。

永磁同步电动机按转子永磁体在转子上的不同位置,其结构有表面式、内置式和爪极式3种,而按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系,内置式转子结构又可分为径向式、切向式和混合式3种。

本文将以笔者设计并试制成功的混合式永磁体结构的三相异步启动永磁同步电动机XTD180M -4为例展开讨论。

2永磁同步电动机电抗值的3种计算方法根据目前发表的永磁电机电抗参数计算方法的有关文献,总的来说,可以用以下3种方法计算电枢反应电抗X a d 和X aq 。

电动汽车论文永磁同步电机设计论文摘要：文章首先介绍电动汽车不同运行状况对电机的要求，根据要求来确定永磁同步电机的性能参数，以满足电动汽车的要求。

根据目标参数综合分析比较后确定转子结构为内置切向式的永磁同步电机为本论文研究对象。

通过计算初步确定永磁同步电机的基本尺寸、绕组类型、定子槽型等。

最后通过解析计算得出永磁同步电机各参数初选数值。

1 电动汽车对驱动电机性能的要求电动汽车运行工况多变复杂，因此对驱动电机的性能、尺寸都有相应的要求：①在电池电量一定的情况下行驶里程是电动汽车性能的关键因素，为了提高汽车的续航里程，要求电动机能耗低、效率高。

②汽车在行驶中会走烂路低速行驶，也会走高速路高速行驶，会运行于多种不同工况之中，要求电机调速范围宽泛。

③汽车在运行中会频繁起步、加速、制动减速、爬坡等，要求电机具有较大的启动转矩，在设计中可选取较大的过载系数。

④为了增大汽车车内空间、便于电机布置同时减轻汽车重量，要求电机比功率较大、体积小、尽量采用较高的额定电压。

2 永磁同步电机总体设计电动汽车用永磁同步电机总体设计首先需要确定电机的磁路结构，选用合理的计算方法确定电机各部件的尺寸参数，基本确定出电机的原型。

2.1 转子磁路结构选择转子磁路结构对永磁同步电机的驱动性能产生很大影响，是电机设计阶段首先要考虑的问题。

隔磁桥能有效控制磁漏系数的大小，因此合理设计隔磁桥很重要[1]。

磁漏系数小电机的抗去磁能力减弱，磁漏系数大所需永磁体量就多。

因此需要对电机的磁路结构进行合理设计以满足电动汽车对驱动电机的要求。

不同的磁路结构对电机的电感参数影响很大，主要根据永磁体布置与转子位置不同分为表面置式与内置式，如图1所示。

由于永磁体内置式切向式永磁同步电机转矩输出能力比其他电机强、调速范围宽、结构紧凑、运行可靠。

因此选用该种结构形式为本课题研究对象。

2.2 永磁体材料与尺寸选择目前，永磁同步电机永磁体材料采用稀土材料钕铁硼[2]，它具有很高的矫顽力和磁能积，磁能积是普通铁氧永磁体的6倍以上。

永磁同步电机是一种新型的电动机，它具有高效率、高性能和高可靠性的特点，因此在工业和交通领域得到了广泛的应用。

在永磁同步电机中，定子磁链、转子磁链和气隙磁链是其关键参数，它们直接影响着电机的工作性能和效率。

本文将从定子磁链、转子磁链、气隙磁链这三个方面进行深入探讨，以便更好地理解和应用永磁同步电机。

1. 定子磁链定子磁链是指永磁同步电机定子内的磁场强度。

在正常工作状态下，定子磁链是恒定的，它由定子中的永磁体产生，并且与定子电流无关。

定子磁链的大小直接影响了电机的输出转矩和转速，因此在设计永磁同步电机时，需要合理选择和设计定子的永磁体材料和结构，以确保定子磁链的大小符合电机的工作需求。

2. 转子磁链转子磁链是指永磁同步电机转子内的磁场强度。

与定子磁链不同的是，转子磁链是随着转子电流的变化而变化的。

在正常工作状态下，转子磁链的大小取决于转子电流的大小和方向，它是通过控制转子电流来调节电机的输出转矩和转速的重要手段。

合理设计和控制转子电流是确保永磁同步电机正常工作的关键之一。

3. 气隙磁链气隙磁链是指永磁同步电机定子和转子之间的磁场强度。

在正常工作状态下，气隙磁链是由定子磁链和转子磁链在气隙中的叠加产生的。

气隙磁链的大小直接影响了电机的输出转矩和转速，因此需要通过合理设计和控制定子和转子的磁路结构，以确保气隙磁链的大小符合电机的工作需求。

定子磁链、转子磁链和气隙磁链是永磁同步电机中的重要参数，它们直接影响了电机的工作性能和效率。

在设计和应用永磁同步电机时，需要对这些参数进行深入的研究和优化，以确保电机能够正常、高效地工作。

希望本文对大家对永磁同步电机有所帮助，并能够促进永磁同步电机领域的进一步发展。

永磁同步电机作为一种新型的电动机，具有高效率、高性能和高可靠性的特点，在工业和交通领域得到了广泛应用。

而定子磁链、转子磁链和气隙磁链则是其关键参数，直接影响电机的工作性能和效率。

定子磁链是指永磁同步电机定子内的磁场强度。

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析1 引言与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大;损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。

随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代,变频调速永磁同步电动机也应运而生。

变频调速永磁同步电动机可分为两类，一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波（实际为梯形波）的无刷直流电动机，另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。

这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。

本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型,并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。

2 调速永磁同步电动机的电磁设计2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等.通过改变电机的各个参数来提高永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ϕ、起动转矩st T 和最大转矩max T .本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下：计算额定数据:(1) 额定相电压:N 220V U U ==(2) 额定相电流：3N N N N N1050.9A cos P I mU ηϕ⨯== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p= (4) 额定转矩：3N N 19.5510286.5N m P T n ⨯== 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度,它们可由如下公式估算得到:2i11P D L C n '= N N N cos E K P P ηϕ'=， 6.1p Nm dp C K K AB δα=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。

新型永磁电机转子磁路结构设计与分析方案计算中采用了二维平面电磁场时步有限元结合场路耦合的方法，采用该计算方法的优点是能够考虑机械运动、导体区域感应涡流产生的集肤效应以及绕组邻近效应的影响，通过合理的简化模型，可以获得较高的计算精度和合理的计算时间[7]。

永磁同步电机电磁场时变问题中的Maxwell方程组表达式为：（2）当考虑到电机铁芯的饱和因素，则非线性时变运动电磁场问题的偏微分方程表达式[8]为：（3）式中：A—矢量磁位；Js—外部强加的源电流密度；v—媒质的磁阻率；V—媒质相对坐标系的运动速度；—媒质的电导率。

3 电磁场仿真计算与分析根据上述分析，针对以上转子磁路结构类型，本文建立了3种磁路结构的模型，分别是表贴式、内置式和本文提出的新磁路结构。

该永磁同步电动机的定子槽数（36槽）及结构尺寸相同。

转子采用不同的磁路结构，即表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构和本文提出的新型磁路结构。

转子极数为8极。

图3、图4和图5分别为表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构（转子磁路為一字型结构）、以及本文提出的新型转子磁路结构。

建立有限元仿真模型后，将分别计算3种磁路结构的空载反电动势波形，电机运行转速为1 000rpm，磁钢温度20℃。

图6、图7和图8分别是表贴式转子磁路结构的空载反电动势波形、内置式转子磁路结构的空载反电动势波形和本文提出的新型转子结构的空载反电动势波形。

通过对比图6、图7和图8的有限元仿真计算结果可知，当采用本文提出的新型转子磁路结构时，电机空载反电动势波形具有更高的正弦度，谐波含量最低，其谐波畸变率约为0.3%，远小于表贴式结构的2.6%和内置式转子结构的1.1%。

在空载工况下，对3种磁路结构电机的交直轴电感进行有限元仿真分析，得到电机交、直軸电感随时间的变化波形。

计算结果如图9、图10、图11所示。

图9为表贴式转子结构的交直轴电感仿真结果。

由于表贴式电机的交直轴磁导近似相等，因此仿真曲线中交直轴电感相近，即电机的凸极率近似为1。

永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究摘要：永磁同步电机具有许多优点，是未来最具应用前景的电机之一。

本文介绍了永磁同步电机的特点和工作原理，全面剖析了永磁同步电机转子部分的结构，并提出了一些优化思路。

关键词：永磁同步电机；转子；结构分析；优化随着我国制造业的发展，电子工业也得到了快速的进步，作为装备制造业的核心关键技术，高质量的电动机系统成为人们关注的重要焦点之一。

电机的综合性能可以直接影响弊端装备制造的效率和产品质量，而永磁同步电机（Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM）相对于传统的电机系统具有诸多优点，是未来最具使用前景的电机之一。

本文主要研究永磁同步电机的转子结构和优化问题。

1永磁同步电机概述1.1永磁同步电机的特点所谓“永磁”是指电机转子部分是采用永磁体为原料制造的，这是对传统电机结构的一种优化，使电机综合性能得到了进一步的提升。

而所谓“同步”是指转子转速恰好等于定子绕组的电流频率，通过改变输入定子绕组的电流频率来达到控制电机转速的目的。

与传统的电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、功率高、转矩大、结构简单等优点，尤其是在功率/质量比、极限转速、制动性能等方面的性能提升更是十分明显。

随着各种新技术、新工艺和新材料的出现，永磁同步电机的励磁方式也在持续发展和优化，目前已经可以实现励磁装置的自适应最佳调节。

永磁同步电机非常适用于要求连续的、均速的、单方向运行的机械设备，如风机、泵、压缩机、普通机床等，因而在工业、农业等领域均有着广泛的应用。

1.2永磁同步电机的工作原理在传统的交流异步电机中，首先要求定子的旋转磁场在转子绕组中感应出电流，然后再由这些感应电流产生转子磁场。

根据楞次定律，转子始终保持着跟随定子旋转磁场转动的状态，但其速度总会慢一些，因而被形象地称为“异步”电机。

现在假设转子绕组电流不是由定子旋转磁场感应出来的，而是其本身提供的，那么显然转子磁场就和定子旋转磁场没有什么关系了。

摘要作为清洁能源汽车，电动汽车具有高能效，低噪音和零排放，成为世界新能源汽车发展的主要方向。

而对于永磁同步电动机，其结构简单，运行效率高，功率密度高，调速性能优良，符合电动汽车用电动机的要求。

因此，它在汽车工业中受到很多关注，并已广泛应用于电动汽车领域。

本文在有限元分析的基础上，采用场路结合的设计方法进行了电动汽车用永磁同步轮毂电机的设计和运行特性分析。

分析磁路结构参数变化对电机性能的影响，开发出适用于电动汽车的高效率、高功率密度、高过载能力的驱动电机，并由此总结了适用于电动汽车驱动的永磁同步电动机的设计方法，为后续系列产品的开发奠定了基础。

本文的主要研究工作有以下几个部分：根据电动汽车发展的关键技术，结合电动汽车的特殊运行条件和动力驱动特性，分析各种电动机性能的优缺点。

本文选择内置永磁同步电动机作为研究对象，通过对其结构特点和工作原理的分析，确定设计任务目标，使设计突出电动汽车驱动电机的特性。

以有限元软件为基础，依据电机学和相关电磁场理论，本文采用场路结合设计方法，确定了电机的设计方案，进行了电机主要尺寸设计、绕组方案确定、极槽配合选择、永磁体参数计算、永磁体充磁方向分析、气隙长度的设计等工作，完成样机的初步设计方案；然后根据电机电磁设计方案，建立有限元求解模型，对电机进行有限元分析计算，主要是对电机的空载、负载及过载工况进行仿真，并在此基础上研究电机的磁场分布、气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩、转矩转速以及永磁体涡流损耗等；研究相关结构的参数变化对电机的影响；从转子结构方面分析电机的弱磁扩速性能；为保证所设计的电机结构在运行时能够满足实际工况的机械强度需求，还对电机进行机械结构仿真，确保电机的各部分的应力能够满足所用材料的屈服强度的要求，保证电机的稳定运行。

最后依据设计结果制作了额定功率8.5kW、额定转速650r/min的样机，对样机的性能进行试验测试，测试结果表明样机具有较大的过载倍数和高效运行区域，达到预期设计目标。

永磁同步电机转子结构概述及解释说明1. 引言1.1 概述永磁同步电机是目前较为先进和广泛应用的一种电机类型。

其核心部分是转子结构，决定了电机的性能和特点。

因此，了解和掌握永磁同步电机转子结构的概述及解释非常重要。

本文将深入介绍永磁同步电机转子结构的相关知识，并对其进行详细说明。

1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、永磁同步电机转子结构概述、永磁同步电机转子结构解释说明、应用领域与发展趋势分析以及结论与展望。

在引言部分，将对文章整体内容进行概括，并阐明文章的架构安排。

1.3 目的本文旨在全面介绍永磁同步电机转子结构相关知识，深入剖析其内部组成和工作原理，提供读者对该领域有一个清晰而全面的了解。

同时，通过分析其应用领域与发展趋势，帮助读者把握未来该技术的发展方向和潜力。

请注意以上内容并按要求对文章部分进行撰写。

2. 永磁同步电机转子结构概述2.1 定义与背景永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源，利用旋转的磁场与定子绕组产生的交变磁场进行互相作用而工作的电机。

其主要特点是具有较高的效率、功率密度和动态响应能力，因此在许多领域被广泛应用。

2.2 基本原理永磁同步电机转子结构是其关键部分之一。

转子结构由永磁体和铁芯组成。

永磁体是通过将永磁材料固定在转子上而形成的，它产生固定的、恒定的磁场。

铁芯则用于引导和增强磁场，在转子运行时保持稳定性。

通过控制电流流过定子绕组，可以改变转子上的磁场分布，从而控制电机的输出。

2.3 工作原理及特点当三相交流电流与旋转的磁场相互作用时，产生了由Lorentz力驱动的转子运动。

这种方式使得永磁同步电机具有自同步性，即转子速度与旋转磁场的频率同步。

同时，由于永磁体固定在转子上，无需额外的励磁电流，因此具有较高的效率。

此外，永磁同步电机还具有快速响应、宽范围调速和较低的机械损耗等特点。

总结起来，永磁同步电机转子结构是由永磁体和铁芯组成，并通过控制定子绕组电流与旋转磁场相互作用实现运动。