永磁同步電機結構設計和特性研究

□閆國鵬

（西京學院 陜西 西安 710123）

永磁同步電機結構設計和特性研究

□閆國鵬

（西京學院 陜西 西安 710123）

由于永磁同步直接使用了永磁體勵磁，簡化了電機的結構，因此它的耗損量和發熱量比較低。在永磁同步電機中，電機勵磁部分具有永磁體，靈活性較高的特點。本文以永磁同步電機為此次研究的對象，重點對永磁電機中的結構設計以及特性進行詳細探討。

永磁同步電機；原理；特點分析；結構設計；研究

1 對永磁同步電機工作原理的相關分析

永磁同步電機是一種交流電機，與異步電機不同的是，永磁同步電機的轉子側安裝有永磁磁極，極性明確。如果發現在永磁同步電機運行的過程中，定子合成磁場軸線落后于轉子主磁場軸線，功率角大于零，則轉子和電磁轉矩的旋轉方向會相反，其轉矩表現為制動性質。為了保持轉子轉速不變化，相關人員需要利用轉子軸對驅動性質的轉矩進行傳遞。外界機械功率輸入后，永磁同步電機發出電功率使發電機運行。

2 對永磁同步電機結構特點的分析

2.1 表面轉子結構

表面轉子結構被布置在轉子鐵芯外表面，并以瓦片細形布置，一般在其表面使用具有一定保護效果的非導體磁套筒。當轉子轉速過高的時候，非導體磁套筒更好的保護了永磁體，有效避免離心力過大而被甩出。

2.2 內置轉子結構

永磁體布置在轉子鐵芯內部，所以被叫做內置轉子結構。永磁磁極會在保護作用下產生更大的抗去磁能力。轉子磁路不對稱會使得交直軸的同步電感產生一定的差異，從而增大磁阻轉矩，有效的提高永磁同步電機的功率密度，以此提升電機的整體性能。

2.3 關于定子繞組的選型

根據相數把定子繞組分為單相繞組、多相繞組、三相繞組并按照每級、每相的槽數，將其分為整數槽繞組和分數槽繞組。同時根據繞組層數的不同，劃分為單層繞組和雙層繞組。由于定子的繞組結構有所不同，所以相應的設計要求也不相同。因此需要合理的設計定子繞組的連接方式，通常情況下，采用的是三相對稱繞組的連接方式。

3 關于永磁同步電機結構設計的相關分析

3.1 永磁同步電機結構設計原則

在永磁同步電機結構設計的過程中，需要充分考慮電機性能問題，合理的選擇結構材料和參數，從而設計出工藝可行、性能良好的磁路。結構設計人員要根據電機性能的基本要求對磁路結構做出明確，從而將空間不均勻分布的磁場轉變為等效多端磁路，及時修正相關的系數，一定要檢查磁路的參數和特性是否達到相關要求。

3.2 關于永磁同步電機結構設計方法的研究

3.2.1 選擇材料。對電機的尺寸進行設計之前，首先需要選擇材料。在此環節中，通常選擇硅鋼片作為轉子材料，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。（2）永磁體要達到電機日常運行過程中對磁場強度的相關要求。（3）科學合理的選擇材料，有效防止電機成本過大。

3.2.2 關于轉子結構的設計分析。轉子結構主要分為內轉子結構和外轉子結構，內轉子結構分為表貼式和內貼式，但是其轉子結構的弱磁擴速能力較差，在高速運行還需要利用套筒進行固定，安全性較低。所以說，要選用內貼式的轉子磁路結構。與此同時，為了有效提高電機高速運行中的轉矩輸出能力和弱磁擴速能力，使用v型式的內置結構，因為采用這種結構可以實現永磁體的固定，同時還可以有效防止永磁體在高速運轉過程中被甩出。

3.2.3 對定子繞組的設計分析。在定子繞組設計過程中，需要先比較整數槽分布繞組和分數槽繞組的特性，以滿足驅動電機基本要求為主，通過仔細比較發現，分數槽的適應能力更強，可以滿足極槽的配合方案?？墒怯捎诩墝档牟粩嘣黾?，電頻率也在不斷的變大。為了有效降低齒槽的轉矩，減小轉矩和反電勢諧波的波動，確保永磁同步電機的性能，一定要選用整數槽分布式繞組。

結束語

在永磁同步電機結構設計的過程中，設計人員要充分考慮永磁同步電機的結構特點，以便于進行合理的設計。相關人員在多次實踐中發現，雖然新型永磁同步電機和傳統永磁同步電機的性能基本相同，但是新型永磁同步電機的銅消耗和鐵耗損較低，所以這種電機更值得大力的推廣和應用。

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1004-7026（2017）06-0095-01

TM351

A

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

閆國鵬（1995.10-），男，陜西榆林，西京學院，機電一體化專業。