永磁同步电机之永磁体设计

水磁体的尺寸连同电动机的转子磁路结构。便决定r电动机的磁负荷。而磁负荷则决定着电动机的功率密度和损耗。对表面式转子磁路结构调速永磁同步电动机，其水磁体尺寸可近似地由下式确定。

    对内置径间式转子磁路结构的电动机，水磁体尺寸的确定比较复杂，因为它与许多因素都有关，如，确定永磁体的磁化方向长度时，应考虑它对永磁体工作点的影响，对电动机抗不可逆退磁能力的影响和电动机的弱磁扩速能力（因为永磁体的磁化方向长度直接决定了电动机直轴电感的大小和水磁磁链的大小）等。

值得注意的是永磁体的磁化方向长度与电动机的气隙长度有着很大的关系，气隙越长，水磁体的磁化方向长度也越大。需要指出的是在正弦波永磁同步电动机中，由水磁体产生的气隙磁密并不是呈正弦波分布（见图6-13和图6-14 )，因而设计时必须合理设计电枢绕组以减少转矩纹波。当永磁体产生的气隙磁密接近正弦波，且通过先进的PWM技术使定子绕组产生的磁动势也接近正弦波时，便可得到低纹波的转矩输出．

以上对调速永磁同步电动机的设计特点进行了简要的论述。对有着某些特殊性能要求的电动机的设计，则要根据其具体要求，从性能参数分析着手，有针对性地设计电动机．比如，对要求具有超高速调速能力的电动机，就要从电动机电磁结构出发，增大电动机的直轴电感，提高电动机的高速弱磁能力，并在控制系统中采用适当的控制策略，电动机才能达到所要求最高转速。

1.4定位力矩的抑制和低速平稳性的改善

高精度的调速传动系统通常要求系统具有较高的定位精度。影响水磁同步电动机停转时定位精度的主要原因是水磁同步电动机的定位力矩，即电动机不通电时所呈现出的磁阻力矩―该力矩力图使电动机转子定位于某一位置。定位力矩主要是由转子中的水磁体与定子开槽的相互影响而产生的分析表明，当术磁体的磁极宽度为整数个定子齿距时．可使由齿磁导谐波引起的定位力矩得到有效的抑制。减小定子槽开口或采用磁性槽楔，也可有效地减小定位力矩。另外，在设计上使磁极发出的磁通呈正弦波，在工艺上提高铁心的加工精度和选用致胜较好的水磁体等，都是抑制永磁同步电动机定位力矩的可行借施。

低速平稳性是宽调速永磁同步电动机的一个重要技术指标。影响电动机低速平稳性的主要原因是电动机低速运行时的脉动转矩。通常分为两种，由感应电动势或电流波形畸变而引起的纹波转矩和由齿槽或铁心磁阻变化引起的齿槽转矩。减小电动机低速脉动转矩的措施主要有以下几点：

l）增大电动机的气隙长度；

2）增大电动机的交轴同步电感；

3）采用定子斜槽或转子斜极；

4）减小定子槽开口宽度或采用磁性槽锲，以降低由于定子槽开口引起的气隙磁导变化，或采用无槽定子；

5）合理选择定子槽数，使在该槽数下采用短距绕组时有效地削弱定子侧的某些磁动势谐波；

6）采用阻尼绕组。阻尼绕组可减小电枢反应磁链的脉动，从而有效地减小电动机的转矩纹波。

1.5提高永磁同步电动机弱磁扩速能力的措施

由式（7一47）可知，永磁同步电动机“弱磁”运行时，在端电压达极限值、电流达额定值情况下，可以“弱磁”运行到任意高速的条件是。

    实际上，由于永磁同步电动机直轴磁路上存在磁阻率很大的水磁体，使得电动机的直轴电感不可能做得很大，因此式（7一63 )的关系一般是难以达到的。对实际的永磁同步电动机，一般由式（747）可看出提高永磁同步电动机的最高转速可采取的主要方法：

l）减小必；

2）增大，11耐

3）增大几；

4）提高电动机极限电压．

5）采用前四种方法的组合。

提高电动机的极限电压和极限电流势必要增大系统中逆变器的容量，从而提高了系统的制造成本。减小必是对永磁同步电动机“弱磁”扩速的一条重要途径，但减小必“弱磁”扩速的同时，将使低速转矩变小，电动机的瞬态性能也将变差。且必过小使转矩中永磁转矩分量降低，磁阻转矩（对凸极永磁同步电动机）比例增大，不利于充分利用永磁体的磁能。增大L '，使之满足或接近式（762）所示的关系，是一条比较理想的永磁同步电动机“弱磁”扩速措施。

由电压极限方程可知，在定子电路内申接外电感，也可以起到扩速的功能，这实际上相当于从电路上人为地增大了电动机的直轴电感。

在要求弱磁扩速范围宽且高转速运行的永磁同步电动机中，通常都采用内置式转子磁路结构而不采用表面式转子磁路结构，这主要是因为：

1）同样的永磁体磁化方向长度和气隙长度的前提下，内置式转子磁路结构的永磁同步电动机比表面凸出式电动机的直轴同步电感大，有利于恒功率运行速度范围的扩展；

2）内置式永磁同步电动机中的永磁体的杭不可逆退磁能力比表面凸出式的大；

3）内置式永磁同步电动机的磁阻转矩可被充分利用，永磁磁链可设计得较低，从而使得电动机的“弱磁”扩速能力增大；

4）内置式电动机的转子机械强度更高，更适合于高速运转。