淺談永磁電機(jī)的設(shè)計要點(diǎn)

丁娜 于杰

摘 要：隨著我國科技水平的不斷提升，永磁電機(jī)被廣泛應(yīng)用于生活與生產(chǎn)之中，且永磁電機(jī)的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，在科技產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中已經(jīng)不可或缺，比如航空領(lǐng)域、機(jī)械工程領(lǐng)域、機(jī)器人制造領(lǐng)域和各種精密的紡織領(lǐng)域，所以必須加強(qiáng)對永磁電機(jī)的研究，以此提升設(shè)計質(zhì)量，保證其能夠被有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：永磁電機(jī)；設(shè)計要點(diǎn)；電磁

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.148

永磁電機(jī)在設(shè)計過程中，大都選擇稀土類的釹鐵硼永磁體作為電磁場，以此減少線繞式的激磁場使用過程中出現(xiàn)的銅耗現(xiàn)象，避免在設(shè)計過程中應(yīng)用滑環(huán)或者碳刷等部件，能夠最大程度上減少永磁電機(jī)的體積，提升永磁電機(jī)的工作效率，節(jié)約空間，提升功率質(zhì)量[1]，所以當(dāng)前永磁電機(jī)已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的繞線式的激磁磁場電機(jī)，并且已經(jīng)逐漸取代了異步電機(jī)和變頻調(diào)速電機(jī)。

1 常見的電機(jī)類型

（1）直流電機(jī)。直流電機(jī)是最容易控制的電機(jī)類型，由于直流電機(jī)主要由線性的勵磁和電樞電流組成，所以能夠通過直接對勵磁和電樞電流進(jìn)行控制就可以保證電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。

（2）感應(yīng)電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)使用的安全性較高，且該類型的電機(jī)造價比較低，不需要采用電刷進(jìn)行控制，也不需要定期進(jìn)行維修，但是這類電機(jī)控制相當(dāng)困難，功率較低，損耗較高，應(yīng)用效果并不理想。

（3）開關(guān)磁阻電機(jī)。這類電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單，電機(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)不設(shè)置繞組，溫度適應(yīng)能力較強(qiáng)，造價較低，只是在使用過程中必須依靠相應(yīng)的外設(shè)轉(zhuǎn)子才能夠進(jìn)行傳導(dǎo)，對開關(guān)進(jìn)行控制[2]，可見，該類電機(jī)控制難度較大，尺寸也會比較大，加之外界噪音和振動情況的影響，將直接影響該類電機(jī)的使用。

（4）永磁無刷電機(jī)。這類電機(jī)采用電力電子逆變器更換了電刷，極大程度上降低了電機(jī)的磨損程度，減少了維護(hù)成本，提升了應(yīng)用安全性能，且該電機(jī)在使用過程中的密度比較大，使用效率較高，設(shè)計的大小也比較小，所以該類電機(jī)被廣泛應(yīng)用于電動汽車上，但是由于該類電機(jī)必須采用永磁體進(jìn)行制作，所需造價較高，一旦溫度較高，將直接導(dǎo)致永磁體出現(xiàn)退磁現(xiàn)象。

2 永磁材料

永磁體被大量應(yīng)用于永磁電機(jī)上，其具有矯頑力、剩余磁通密度和居里溫度等性能，矯頑力指的是永磁體退磁的簡易程度；剩余磁通密度指的是永磁鐵在工作過程中一旦外加磁場的干預(yù)小時，那么磁場強(qiáng)度的剩余量是多少；居里溫度指的是當(dāng)材料的磁化強(qiáng)度下降為0之后的溫度。這些性能均能夠保證永磁電機(jī)使用的安全程度與可靠程度。當(dāng)前常見的永磁材料主要包括稀土永磁材料、軟磁材料[3]。

3 永磁電機(jī)設(shè)計的主要內(nèi)容

永磁電機(jī)并不是簡單的設(shè)計，而是需要從機(jī)械化、電子化、電磁化、熱傳化等多種角度進(jìn)行研發(fā)，結(jié)合各個領(lǐng)域的知識內(nèi)容，根據(jù)傳統(tǒng)的電機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行永磁電機(jī)的初步設(shè)計，并根據(jù)設(shè)計成果進(jìn)行電機(jī)的修復(fù)和完善，直至其各項功能與指標(biāo)能夠達(dá)到預(yù)期目的。所以在進(jìn)行永磁電機(jī)的設(shè)計過程中，需要將各方面知識進(jìn)行結(jié)合，合理對各項設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行整合。主要從以下幾個方面入手：

（1）尺寸規(guī)格。在對永磁電機(jī)進(jìn)行設(shè)計過程中，需要對該電機(jī)的使用場合進(jìn)行了解，對永磁電機(jī)的負(fù)荷量進(jìn)行把控，以此合理設(shè)計尺寸與規(guī)格，在對尺寸與規(guī)格進(jìn)行設(shè)計的過程中，主要包括對永磁電機(jī)的定子內(nèi)徑、鐵心長度和永磁體的大小，只有合理進(jìn)行尺寸的設(shè)計，才能夠保證電機(jī)的大小符合實(shí)際應(yīng)用場合，保證電機(jī)的使用質(zhì)量，盡可能的節(jié)約設(shè)計成本，保證永磁電機(jī)的輸出功率，滿足電壓的實(shí)際狀況，保證轉(zhuǎn)速符合相關(guān)規(guī)定。

（2）永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子形態(tài)。轉(zhuǎn)子形態(tài)主要由外轉(zhuǎn)式、內(nèi)轉(zhuǎn)式、徑向氣隙構(gòu)造與軸向氣隙構(gòu)造等多種形態(tài)組成。內(nèi)轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子形態(tài)在使用過程中不會產(chǎn)生較大的慣性力量，所以經(jīng)常在伺服控制中被廣泛使用，而外轉(zhuǎn)式的轉(zhuǎn)子形態(tài)在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的慣性力量較大，能夠被應(yīng)用于直接驅(qū)動的場所。永磁電機(jī)依轉(zhuǎn)子形態(tài)主要由嵌入型、內(nèi)藏型和附著型三種類型組成，內(nèi)藏型的永磁電機(jī)經(jīng)常會在轉(zhuǎn)子內(nèi)隱藏永磁體，所以永磁體所處較為安全的環(huán)境之內(nèi)，形成堅固的永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)，保證在高速轉(zhuǎn)動過程中能夠較好適應(yīng)離心力的影響，所以該結(jié)構(gòu)經(jīng)常被應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高的場所。表面型的永磁電機(jī)能夠適應(yīng)于轉(zhuǎn)速較低或者中級轉(zhuǎn)速的場所，且在應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的效率也是較高的。

（3）材料的選擇。當(dāng)前我國電機(jī)所采用材料大都是鐵心材料，鐵心材料也被稱為軟磁材料，其在使用過程中能夠適應(yīng)較低的磁滯回路，具有較低的保磁力和較高的倒磁作用，永磁體作為永磁電機(jī)的主要材料，其能量密度極高，在機(jī)械傳動的領(lǐng)域具有非常重要的作用，相對于傳統(tǒng)的繞線式激磁場具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。當(dāng)前電機(jī)材料主要包括鑄鋼、冷軋矽鋼片和鍛鐵等多種材料。

（4）其他設(shè)計問題。確定好永磁電機(jī)的尺寸之后，將槽數(shù)的數(shù)量對繞線匝數(shù)的數(shù)量進(jìn)行確定，對永磁電機(jī)進(jìn)行設(shè)計的難度主要包括轉(zhuǎn)矩相關(guān)因素和鐵心的飽和程度，永磁電機(jī)極數(shù)的多少也將直接影響電機(jī)振動的情況，所以這就需要合理對槽數(shù)的數(shù)量進(jìn)行確定，合理對相數(shù)的多少進(jìn)行確定，以保證轉(zhuǎn)矩漣波的平整程度和驅(qū)動器的價值，所以相數(shù)數(shù)量越多，轉(zhuǎn)矩輸出能力就越強(qiáng)，但是設(shè)計過程中所需要的功率晶體數(shù)量也就越多，設(shè)計制造所需的成本也會有所增加，所以大都采用三相作為永磁電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是最合時宜的。

且在進(jìn)行永磁電機(jī)設(shè)計的過程中，必須對氣隙進(jìn)行合理把握，需要對永磁電機(jī)槽面積的形狀及線徑的耐流程度進(jìn)行確定，以此保證合理進(jìn)行永磁電機(jī)的繞線與制作。在進(jìn)行電機(jī)模型試用的時候，必須對不同相數(shù)之間的導(dǎo)體數(shù)量與繞線匝數(shù)進(jìn)行確定，合理進(jìn)行電阻、線徑和電感的計算，以此保證鐵心能夠與永磁電機(jī)相飽和，一旦模型出現(xiàn)問題，必須及時進(jìn)行修整。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平與科技水平的不斷增長，永磁材料的廣泛使用，均能夠提升永磁材料的性能，相關(guān)人員在進(jìn)行永磁電機(jī)設(shè)計的過程中，需要充分利用永磁體的磁性，合理安排磁路，優(yōu)化路徑，減少漏磁現(xiàn)象的出現(xiàn)，以保證能夠具有針對性的設(shè)計永磁磁路，提升永磁電機(jī)的性能和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王霖.淺談稀土永磁同步電動機(jī)的優(yōu)化設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2016（10）：90.

[2]劉全新，劉加嶺，杜傳明等.淺談大扭矩永磁同步電機(jī)在工程中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（02）：115.

[3]繆曉賓.便攜式小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法淺談[J]. 科技風(fēng)，2017（16）：220.