特種車輛永磁同步電動機的工程設計

閆海龍

摘 要：隨著科學技術的發展，特種車輛應用的范圍越來越廣。而特種車輛的作業能力和專業的功能主要受到永磁同步電動機的影響，永磁同步電動機的體積小，質量輕，可靠性高，能夠有效提升特種車輛的性能。因此，研究特種車輛永磁同步電動機的工程設計方法就顯得十分必要。本文從特種車輛永磁同步電動機的基本設計要求、設計流程出發，簡要介紹了它工程設計的過程，為特種車輛的發展提供了技術參考依據。

關鍵詞：特種車輛；永磁同步電動機；工程設計

特種車輛是指具有專用功能，載有專用設備的車輛，它與普通車輛不同，具有專項作業的能力。近年來，隨著我國經濟的發展，特種車輛的品種和數量也在不斷增多。雖然取得了較大進步，但是與發達國家相比，還具有一定的差距。尤其是在建筑、采礦、石油工業等行業對特種車輛的需求不斷增加的情況下，更需要提升它的專業功能水平與技術含量。永磁同步電動機的設計對特種車輛性能的提升起著重要的作用，因此，對其工程設計方法進行研究是必然的趨勢。

1 特種車輛永磁同步電動機的工程設計要求

一般來說，軍用領域的特種車輛永磁同步電動機的工作溫度比較高，對永磁體和繞組的性能要求也比較高。而運用在石油工業中的特種車輛永磁同步電動機的工作溫度相對較低，一般采用釹鐵硼永磁體，它的價格偏低，工作溫度較低，并且磁性能較高，選用的絕緣材料的絕緣等級相對較低，電機轉子的機械強度必須符合相關的要求。

其次，在設計時，要盡量提升特種車輛永磁同步電動機的工作效率。對于負載變化不大的電動機，可以將功率因數設計得相對高一些，而如果電動機的負載變化較大時，功率因數不能太高。

再次，要選擇合理的電機磁路結構，以提高特種車輛永磁電動機的起動性能。在設計時，可以通過減少槽口寬等方法來減小齒槽轉矩，從而減小電機的起動阻力矩。另外，可以適當調整電機的轉動慣量和輸出轉矩，來改善電機的動態性能。

2 特種車輛永磁同步電動機的設計結構及參數的選擇

2.1 電機結構的選擇

永磁同步電動機根據結構劃分，可以分為外轉子型和內轉子型，我們通常所說的永磁同步電動機就屬于內轉子型。它的常用結構分為表面式和內置式。表面式轉子的結構如下圖所示。它的結構決定了它的漏磁系數比較大，凸極率較小，電機功率密度較小，并且轉子機械強度也較小。

內置式轉子的永磁同步電動機在永磁體的表面安置了極靴，在極靴中可以放置銅條籠或者鑄鋁籠，它的穩態和動態的性能都較好，具體的結構如圖2所示。

內置式轉子的結構設計與表面式轉子相比更加復雜，耗費的成本也比較高，但是這類結構的優勢在于，能夠增加電動機的磁阻轉矩、功率密度、過載倍數以及調速范圍。并且它的體積比較小，輸出功率大，動態性能比較穩定。因此，可以選擇內置式轉子。但是該結構的漏磁系數也比較大，可能需要使用隔磁磁橋，而隔磁磁橋的長度和寬度會影響轉子的機械強度和隔磁的效果，需要根據實際情況進行合理的選擇。

2.2 繞組、極數以及槽數的設計

繞組是永磁同步電動機的重要組成部分，它能夠維持電機運行的可靠性，并且實現能量的轉換，還對電機的用銅量和工作效率起到直接的影響。考慮到電動勢諧波和磁動勢諧波的影響，可以選擇星形連接的雙層短距疊繞組，它能減小電機的雜散損耗和銅耗，由于它的端部形狀排列比較整齊，還有利于散熱和增加機械強度。

電機沒極沒相槽數的計算公式為：，其中Q表示定子槽數，m表示相數，p表示極對數。

當定轉子在一個齒距內發生變化時，齒槽的轉矩就會呈現周期性變化，而它的變化周期主要受到極數和槽數的共同影響。周期數越大，則齒槽轉矩的幅度值就越小，具體來說，就是齒槽的轉矩周期等于極數、槽數和極數最大公約數的比值。因此，需要根據具體的情況合理地選擇電機的極數和槽數，從而削弱電機的齒槽轉矩。

2.3 永磁體尺寸的選擇

永磁體的尺寸對永磁同步電動機的設計也起著至關重要的作用。對它的尺寸選擇主要是選擇其軸向長度、軸向寬度以及磁化方向的長度。磁化方向的長度直接關系到電動機的輸出轉矩、過載能力以及調速的范圍。長度不能太短，否則會降低電動機的穩定性和可靠性。在選擇時，要保證其處于最佳的工作點，這樣就能夠提高電機的工作效率，同時可以增大電機的功率密度。另外，還需要考慮電動機的負荷，如果負荷較大，則要適當增大其長度。最后，再根據實際的情況確定電動機的軸向長度和寬度。

3 特種車輛永磁同步電動機的設計流程

永磁同步電動機的整個設計過程比較復雜，因此，需要明確設計的流程，按照規定的流程進行電動機的設計，能夠保證其可靠性。具體的設計流程如下：

首先要明確設計的要求，根據設計要求確定電機的基本結構，基本結構中包括電機的主要尺寸、定子沖片、永磁體尺寸、轉子沖片和定子繞組等，根據實際情況對這些參數進行調整，直到符合要求為止。然后要進行電動機的磁路計算和電磁參數計算，最后要計算電動機的工作特性和啟動性參數，如果各個參數不能達到相關的要求，就要對電動機的基本結構進行重新設計，直到符合要求為止。

4 總結

綜上所述，通過對特種車輛永磁同步電動機的設計過程的分析，明確了它的設計要求和設計流程，對其基本結構的設計也進行了簡要的總結。這有助于提升特種車輛的作業能力，具有較深刻的現實意義。

參考文獻

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