新转子永磁电机设计

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1、一种新颖转子永磁同步电机的设计与有限元分析LeiWang，XianmingDeng,JiaLu,KangWang,RuixianWangSchoolofInformationandElectricalEngineeringChinaUniversityofMiningandTechnologyXuzhou，ChinaEmail:xmdeng3883023@hotmail.com摘要：永磁同步电机其有结构简单、效率高和无刷等优点，其应用广泛。传统永磁同步电机的气隙磁场高次谐波含量较高，影响了电机的运行性能。本文提出了一种新转子结构，其转子槽问距按照正弦

2、规律变化。利用ANSYS软件对新转子和传统转子永磁同歩电机的磁场和电磁转矩进行了冇限元分析。计算结果表明，新转了永磁同少电机的气隙磁密的裉波含量高,高次谐波含量少，永磁体利用率高，过载能力强。W此，新转子永磁同步电机的运行性能得到了极人地改善。关键词：永磁hi］步电机；转子结构；有限元分析；高次谐波；屯磁转矩1引言永磁同步电机爲有损耗少、效率高、节电效果明显等优点。永磁同步电机用永磁体提供磁场，取消了电励磁装S,不存在电励磁损耗，在同步运行吋，转子没有铜耗和铁耗，永磁同步电机不需要从电网屮吸收滞P的励磁电流，在20%〜120%额定负载范W内均可以保持

3、较高的效率和功率因数。与电励磁同步电动机相比，永磁In涉屯动机转了上不耑要电励磁装置,极大的简化了转子结构，实现了无刷化，提高了电动机运行时的稳定性。稀土永磁材料具有很高的磁能积，永磁电机的体积和尺寸可以大为减小，成为高密度电机。山于以上优点而使永磁同步电机广泛应用于航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域［1,2］。永磁同步电机的转子磁路结构一般可分为表面式、内置式和爪极式三种［3］,为了使得永磁Ml步电机具有异步启动的能力，电机转子采用内置式，需要在转子表血安放启动绕组,这种结构的转子永磁体位于转子内部，位于永磁体外侧的转子铁心表而讨以放置

4、铸铝笼或铜条笼，起动阻尼或（和）起动作用，电机的动态性能好，广泛用于要求有异少起动能力或动态性能高的永磁同步电动机［5］。传统的永磁同步电机的转子槽在转子表血的是均匀分布的，由于定、转子齿、槽对磁路的影响，气隙磁密分布呈现出了很强波浪性，气隙磁密波的包络线是一个近似矩形状，其中除了基波分量外，还含有大量的高次谐波。高谐波含量过多将对电机的性能产生不利的影响。本文将对永磁同步电机的转子结构进行优化设计，改变电机气隙磁密分布，达到改善电机性能的0的。2、新转子永磁同步电机的设计对永磁同步电动机的一般要求是:转矩和转速平稳，动态响应快速准确，单位电流转矩人

5、等。对于应川于商效场合的永磁同步电机还耑要其效率高、功率因数高、具奋较尚启动品质因数等特点［3］。A、定子设计异_步启动的永磁同少电机的主要尺寸与普通电机的主要尺寸一样，根裾预估的电磁负荷，可以计算出电机的主耍尺寸。永磁同少电机为减小过大的杂散损耗，降低电动机的麄动与噪声，便于电动机的装配，其气隙讼度一般耍比同规格的感应电机的气隙大。永磁同步电动机的定子槽数选择原则与感应电动机相同。鉴于永磁同步电动机转子因有永磁体槽而不变斜槽，一般将电动机的定子叠片沿轴向扭斜一定距离以消弱谐波，以减小电动机杂散损耗与附加转矩。B、转子与永磁体设计理论上异步起动永磁M

6、步电机讨采用任一感应电动机的转子槽型，但当选用的内置式转子磁路结构且转了槽型尺寸较小时，通常采用平底槽，当转子的槽型尺寸足够人时，也可以采川圆底槽，以保障隔磁磁桥的长度，避免过人的漏磁系数。永磁体的尺寸包括永磁体的轴向K:度L：磁化方向度h和觉度b。永磁体的轴向长度一般取得与电动机轴向K:度相等或稍小。磁化方向长度的确定应使电机的直轴电抗合理，其不能过薄，设计h及b应使永磁体工作于最伴工作点，当电机的磁负荷较高时，应选择能安装更多永磁体的转子磁路结构。传统电机的转子槽在转子表而的分布是均匀的，分析传统电机转子气隙的分布特点可知，如阁1所示，气隙磁密分

7、布的波浪性之所以非常高是由于定、转子齿、槽对磁路的影响造成的［7］。气隙磁密的波峰出现在齿中心线处，波谷fli现在槽中心线处。由于定了槽中放置定子绕组，对定子槽进行修改将对电机的性能产生较大的影响。0020040.060.CB0.1DistanceinthePMSMgap(m)0.120.140.16MagneticDensityWave0.98:7.6.50.4COAtscaQOuau6epl321o.o.1冬11而转子槽屮放置阻尼绕组，对其进行改进对电机的稳态性能影响不人，因此对转子槽进行修改从而达到抑制气隙谐波分量与提高气隙难波分量的n的。转子

8、一个磁极内的总磁通s由永磁体决定的，气隙磁密波形按照如图1所示的近似矩形状分布，其®波含s较低，如果气隙磁密