永磁同步電機之永磁體設(shè)計

水磁體的尺寸連同電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。便決定r電動機的磁負(fù)荷。而磁負(fù)荷則決定著電動機的功率密度和損耗。對表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)調(diào)速永磁同步電動機，其水磁體尺寸可近似地由下式確定。

    對內(nèi)置徑間式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的電動機，水磁體尺寸的確定比較復(fù)雜，因為它與許多因素都有關(guān)，如，確定永磁體的磁化方向長度時，應(yīng)考慮它對永磁體工作點的影響，對電動機抗不可逆退磁能力的影響和電動機的弱磁擴速能力（因為永磁體的磁化方向長度直接決定了電動機直軸電感的大小和水磁磁鏈的大小）等。

值得注意的是永磁體的磁化方向長度與電動機的氣隙長度有著很大的關(guān)系，氣隙越長，水磁體的磁化方向長度也越大。需要指出的是在正弦波永磁同步電動機中，由水磁體產(chǎn)生的氣隙磁密并不是呈正弦波分布（見圖6-13和圖6-14 )，因而設(shè)計時必須合理設(shè)計電樞繞組以減少轉(zhuǎn)矩紋波。當(dāng)永磁體產(chǎn)生的氣隙磁密接近正弦波，且通過先進(jìn)的PWM技術(shù)使定子繞組產(chǎn)生的磁動勢也接近正弦波時，便可得到低紋波的轉(zhuǎn)矩輸出．

以上對調(diào)速永磁同步電動機的設(shè)計特點進(jìn)行了簡要的論述。對有著某些特殊性能要求的電動機的設(shè)計，則要根據(jù)其具體要求，從性能參數(shù)分析著手，有針對性地設(shè)計電動機．比如，對要求具有超高速調(diào)速能力的電動機，就要從電動機電磁結(jié)構(gòu)出發(fā)，增大電動機的直軸電感，提高電動機的高速弱磁能力，并在控制系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，電動機才能達(dá)到所要求最高轉(zhuǎn)速。

1.4定位力矩的抑制和低速平穩(wěn)性的改善

高精度的調(diào)速傳動系統(tǒng)通常要求系統(tǒng)具有較高的定位精度。影響水磁同步電動機停轉(zhuǎn)時定位精度的主要原因是水磁同步電動機的定位力矩，即電動機不通電時所呈現(xiàn)出的磁阻力矩―該力矩力圖使電動機轉(zhuǎn)子定位于某一位置。定位力矩主要是由轉(zhuǎn)子中的水磁體與定子開槽的相互影響而產(chǎn)生的分析表明，當(dāng)術(shù)磁體的磁極寬度為整數(shù)個定子齒距時．可使由齒磁導(dǎo)諧波引起的定位力矩得到有效的抑制。減小定子槽開口或采用磁性槽楔，也可有效地減小定位力矩。另外，在設(shè)計上使磁極發(fā)出的磁通呈正弦波，在工藝上提高鐵心的加工精度和選用致勝較好的水磁體等，都是抑制永磁同步電動機定位力矩的可行借施。

低速平穩(wěn)性是寬調(diào)速永磁同步電動機的一個重要技術(shù)指標(biāo)。影響電動機低速平穩(wěn)性的主要原因是電動機低速運行時的脈動轉(zhuǎn)矩。通常分為兩種，由感應(yīng)電動勢或電流波形畸變而引起的紋波轉(zhuǎn)矩和由齒槽或鐵心磁阻變化引起的齒槽轉(zhuǎn)矩。減小電動機低速脈動轉(zhuǎn)矩的措施主要有以下幾點：

l）增大電動機的氣隙長度；

2）增大電動機的交軸同步電感；

3）采用定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極；

4）減小定子槽開口寬度或采用磁性槽鍥，以降低由于定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化，或采用無槽定子；

5）合理選擇定子槽數(shù)，使在該槽數(shù)下采用短距繞組時有效地削弱定子側(cè)的某些磁動勢諧波；

6）采用阻尼繞組。阻尼繞組可減小電樞反應(yīng)磁鏈的脈動，從而有效地減小電動機的轉(zhuǎn)矩紋波。

1.5提高永磁同步電動機弱磁擴速能力的措施

由式（7一47）可知，永磁同步電動機“弱磁”運行時，在端電壓達(dá)極限值、電流達(dá)額定值情況下，可以“弱磁”運行到任意高速的條件是。

    實際上，由于永磁同步電動機直軸磁路上存在磁阻率很大的水磁體，使得電動機的直軸電感不可能做得很大，因此式（7一63 )的關(guān)系一般是難以達(dá)到的。對實際的永磁同步電動機，一般由式（747）可看出提高永磁同步電動機的最高轉(zhuǎn)速可采取的主要方法：

l）減小必；

2）增大，11耐

3）增大幾；

4）提高電動機極限電壓．

5）采用前四種方法的組合。

提高電動機的極限電壓和極限電流勢必要增大系統(tǒng)中逆變器的容量，從而提高了系統(tǒng)的制造成本。減小必是對永磁同步電動機“弱磁”擴速的一條重要途徑，但減小必“弱磁”擴速的同時，將使低速轉(zhuǎn)矩變小，電動機的瞬態(tài)性能也將變差。且必過小使轉(zhuǎn)矩中永磁轉(zhuǎn)矩分量降低，磁阻轉(zhuǎn)矩（對凸極永磁同步電動機）比例增大，不利于充分利用永磁體的磁能。增大L '，使之滿足或接近式（762）所示的關(guān)系，是一條比較理想的永磁同步電動機“弱磁”擴速措施。

由電壓極限方程可知，在定子電路內(nèi)申接外電感，也可以起到擴速的功能，這實際上相當(dāng)于從電路上人為地增大了電動機的直軸電感。

在要求弱磁擴速范圍寬且高轉(zhuǎn)速運行的永磁同步電動機中，通常都采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)而不采用表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，這主要是因為：

1）同樣的永磁體磁化方向長度和氣隙長度的前提下，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機比表面凸出式電動機的直軸同步電感大，有利于恒功率運行速度范圍的擴展；

2）內(nèi)置式永磁同步電動機中的永磁體的杭不可逆退磁能力比表面凸出式的大；

3）內(nèi)置式永磁同步電動機的磁阻轉(zhuǎn)矩可被充分利用，永磁磁鏈可設(shè)計得較低，從而使得電動機的“弱磁”擴速能力增大；

4）內(nèi)置式電動機的轉(zhuǎn)子機械強度更高，更適合于高速運轉(zhuǎn)。