永磁同步电机结构设计和特性研究

□闫国鹏

（西京学院 陕西 西安 710123）

永磁同步电机结构设计和特性研究

□闫国鹏

（西京学院 陕西 西安 710123）

由于永磁同步直接使用了永磁体励磁，简化了电机的结构，因此它的耗损量和发热量比较低。在永磁同步电机中，电机励磁部分具有永磁体，灵活性较高的特点。本文以永磁同步电机为此次研究的对象，重点对永磁电机中的结构设计以及特性进行详细探讨。

永磁同步电机；原理；特点分析；结构设计；研究

1 对永磁同步电机工作原理的相关分析

永磁同步电机是一种交流电机，与异步电机不同的是，永磁同步电机的转子侧安装有永磁磁极，极性明确。如果发现在永磁同步电机运行的过程中，定子合成磁场轴线落后于转子主磁场轴线，功率角大于零，则转子和电磁转矩的旋转方向会相反，其转矩表现为制动性质。为了保持转子转速不变化，相关人员需要利用转子轴对驱动性质的转矩进行传递。外界机械功率输入后，永磁同步电机发出电功率使发电机运行。

2 对永磁同步电机结构特点的分析

2.1 表面转子结构

表面转子结构被布置在转子铁芯外表面，并以瓦片细形布置，一般在其表面使用具有一定保护效果的非导体磁套筒。当转子转速过高的时候，非导体磁套筒更好的保护了永磁体，有效避免离心力过大而被甩出。

2.2 内置转子结构

永磁体布置在转子铁芯内部，所以被叫做内置转子结构。永磁磁极会在保护作用下产生更大的抗去磁能力。转子磁路不对称会使得交直轴的同步电感产生一定的差异，从而增大磁阻转矩，有效的提高永磁同步电机的功率密度，以此提升电机的整体性能。

2.3 关于定子绕组的选型

根据相数把定子绕组分为单相绕组、多相绕组、三相绕组并按照每级、每相的槽数，将其分为整数槽绕组和分数槽绕组。同时根据绕组层数的不同，划分为单层绕组和双层绕组。由于定子的绕组结构有所不同，所以相应的设计要求也不相同。因此需要合理的设计定子绕组的连接方式，通常情况下，采用的是三相对称绕组的连接方式。

3 关于永磁同步电机结构设计的相关分析

3.1 永磁同步电机结构设计原则

在永磁同步电机结构设计的过程中，需要充分考虑电机性能问题，合理的选择结构材料和参数，从而设计出工艺可行、性能良好的磁路。结构设计人员要根据电机性能的基本要求对磁路结构做出明确，从而将空间不均匀分布的磁场转变为等效多端磁路，及时修正相关的系数，一定要检查磁路的参数和特性是否达到相关要求。

3.2 关于永磁同步电机结构设计方法的研究

3.2.1 选择材料。对电机的尺寸进行设计之前，首先需要选择材料。在此环节中，通常选择硅钢片作为转子材料，以永磁体作为磁极的材料，用铜作为绕组材料。具体要满足这几方面的要求：（1）充分考虑永磁同步电机的工作情况，确保在短路、高温情况下，去磁面积处的接受范围内。（2）永磁体要达到电机日常运行过程中对磁场强度的相关要求。（3）科学合理的选择材料，有效防止电机成本过大。

3.2.2 关于转子结构的设计分析。转子结构主要分为内转子结构和外转子结构，内转子结构分为表贴式和内贴式，但是其转子结构的弱磁扩速能力较差，在高速运行还需要利用套筒进行固定，安全性较低。所以说，要选用内贴式的转子磁路结构。与此同时，为了有效提高电机高速运行中的转矩输出能力和弱磁扩速能力，使用v型式的内置结构，因为采用这种结构可以实现永磁体的固定，同时还可以有效防止永磁体在高速运转过程中被甩出。

3.2.3 对定子绕组的设计分析。在定子绕组设计过程中，需要先比较整数槽分布绕组和分数槽绕组的特性，以满足驱动电机基本要求为主，通过仔细比较发现，分数槽的适应能力更强，可以满足极槽的配合方案。可是由于级对数的不断增加，电频率也在不断的变大。为了有效降低齿槽的转矩，减小转矩和反电势谐波的波动，确保永磁同步电机的性能，一定要选用整数槽分布式绕组。

结束语

在永磁同步电机结构设计的过程中，设计人员要充分考虑永磁同步电机的结构特点，以便于进行合理的设计。相关人员在多次实践中发现，虽然新型永磁同步电机和传统永磁同步电机的性能基本相同，但是新型永磁同步电机的铜消耗和铁耗损较低，所以这种电机更值得大力的推广和应用。

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1004-7026（2017）06-0095-01

TM351

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

闫国鹏（1995.10-），男，陕西榆林，西京学院，机电一体化专业。