永磁同步電機(jī)之永磁體設(shè)計(jì)

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

    對(duì)內(nèi)置徑間式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，水磁體尺寸的確定比較復(fù)雜，因?yàn)樗c許多因素都有關(guān)，如，確定永磁體的磁化方向長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮它對(duì)永磁體工作點(diǎn)的影響，對(duì)電動(dòng)機(jī)抗不可逆退磁能力的影響和電動(dòng)機(jī)的弱磁擴(kuò)速能力（因?yàn)橛来朋w的磁化方向長(zhǎng)度直接決定了電動(dòng)機(jī)直軸電感的大小和水磁磁鏈的大?。┑?。

值得注意的是永磁體的磁化方向長(zhǎng)度與電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度有著很大的關(guān)系，氣隙越長(zhǎng)，水磁體的磁化方向長(zhǎng)度也越大。需要指出的是在正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中，由水磁體產(chǎn)生的氣隙磁密并不是呈正弦波分布（見(jiàn)圖6-13和圖6-14 )，因而設(shè)計(jì)時(shí)必須合理設(shè)計(jì)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(guò)先進(jìn)的PWM技術(shù)使定子繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)也接近正弦波時(shí)，便可得到低紋波的轉(zhuǎn)矩輸出．

以上對(duì)調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的論述。對(duì)有著某些特殊性能要求的電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，則要根據(jù)其具體要求，從性能參數(shù)分析著手，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)．比如，對(duì)要求具有超高速調(diào)速能力的電動(dòng)機(jī)，就要從電動(dòng)機(jī)電磁結(jié)構(gòu)出發(fā)，增大電動(dòng)機(jī)的直軸電感，提高電動(dòng)機(jī)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?dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)定位精度的主要原因是水磁同步電動(dòng)機(jī)的定位力矩，即電動(dòng)機(jī)不通電時(shí)所呈現(xiàn)出的磁阻力矩―該力矩力圖使電動(dòng)機(jī)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(gè)定子齒距時(shí)．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(jì)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。影響電動(dòng)機(jī)低速平穩(wěn)性的主要原因是電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。通常分為兩種，由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)機(jī)低速脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的措施主要有以下幾點(diǎn)：

l）增大電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度；

2）增大電動(dòng)機(jī)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(wú)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(shí)有效地削弱定子側(cè)的某些磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)，從而有效地減小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩紋波。

1.5提高永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速能力的措施

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

    實(shí)際上，由于永磁同步電動(dòng)機(jī)直軸磁路上存在磁阻率很大的水磁體，使得電動(dòng)機(jī)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(duì)實(shí)際的永磁同步電動(dòng)機(jī)，一般由式（747）可看出提高永磁同步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)極限電壓．

5）采用前四種方法的組合。

提高電動(dòng)機(jī)的極限電壓和極限電流勢(shì)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(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)“弱磁”擴(kuò)速的一條重要途徑，但減小必“弱磁”擴(kuò)速的同時(shí)，將使低速轉(zhuǎn)矩變小，電動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)性能也將變差。且必過(guò)小使轉(zhuǎn)矩中永磁轉(zhuǎn)矩分量降低，磁阻轉(zhuǎn)矩（對(duì)凸極永磁同步電動(dòng)機(jī)）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(dòng)機(jī)“弱磁”擴(kuò)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(kuò)速的功能，這實(shí)際上相當(dāng)于從電路上人為地增大了電動(dòng)機(jī)的直軸電感。

在要求弱磁擴(kuò)速范圍寬且高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的永磁同步電動(dòng)機(jī)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?yàn)椋?/p>

1）同樣的永磁體磁化方向長(zhǎng)度和氣隙長(zhǎng)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(dòng)機(jī)比表面凸出式電動(dòng)機(jī)的直軸同步電感大，有利于恒功率運(yùn)行速度范圍的擴(kuò)展；

2）內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩可被充分利用，永磁磁鏈可設(shè)計(jì)得較低，從而使得電動(dòng)機(jī)的“弱磁”擴(kuò)速能力增大；

4）內(nèi)置式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度更高，更適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。