永磁同步电动机电磁设计

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率 密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：

KW调速永磁同步电动机电磁设计程序文件

11KW 变频起动永磁同步电动机电磁设计程序 及电磁仿真 1永磁同步电动机电磁设计程序 1.1额定数据和技术要求 除特殊注明外，电磁计算程序中的单位均按目前电机行业电磁计算时习惯使用的单位，尺寸以cm(厘米)、面积以cm 2(平方厘米)、电压以V （伏）、电流以A （安）、功率和损耗以（瓦）、电阻和电抗以Ω（欧姆）、磁通以Wb(韦伯)、磁密以T(特斯拉)、磁场强度以A/cm(安培/厘米)、转矩以N （牛顿）为单位。 1额定功率kw P n 11= 2相数 31=m 3额定线电压V U N 3801= 额定相电压Y 接法V U U N N 39.2193/1== 4额定频率50f HZ = 5电动机的极对数P =2 6额定效率87.0, =N η 7额定功率因数78.0cos , =N ? 8失步转矩倍数2.2* =poN T 9起动转矩倍数2.2* =stN T 10起动电流倍数2.2* =stN I 11额定相电流62.2478.087.039.21931011cos 105 , ,15=????=?=A U m P I N N N N N ?η 12额定转速1000=N n r/min 13额定转矩m N n P T N N N .039.1051000 11 55.91055.93=?=?=

14绝缘等级:B 级 15绕组形式:双层叠绕Y 接法 1.2主要尺寸 16铁心材料DW540-50硅钢片 17转子磁路结构形式:表贴式 18气隙长度cm 07.0=δ 19定子外径cm D 261= 20定子内径cm D i 181= 21转子外径86.17)07.0218(212=?-=-=cm D D i δ 22转子内径cm D i 62= 23定,转子铁心长度cm l l 1521== 24铁心计算长度cm l l a 152== 铁心有效长度cm cm l l a ef 14.15)07.0215(2=?+=+=δ 25定子槽数136Q = 26定子每极每相槽数332/362/11??==p m Q q =2 27极距cm P D i p 728.932/1814.32/1=??==πτ 28定子槽形:梨形槽 定子槽尺寸 cm h cm r cm b cm b cm h 72.153.078.038.008.002110101===== 29定子齿距cm Q D t i 5708.136 181 1 1== = π π

异步起动永磁同步电机设计

Ansoft EM专题讨论（三）——异步启动永磁同步电机设计最近有感于论坛Ansoft版区学习的氛围越来越好了，这与各位版主的努力都是分不开的。看到前面两个专题中，我们的超版和技术精英们都做了很多工作，本着向大家学习的原则，我也来凑个热闹 本人在读研期间曾经涉猎过这种电机的设计与仿真，下面就把我很久以前做的一个练习分享给大家。做的不一定对，希望大家多多批评指正！这也是和大家学习的过程，望各位不吝赐教 其实，这种电机在实际设计过程中需要注意的问题还是很多的。很遗憾在校期间没能彻底解决这个领域的一些问题。这里也希望大家广泛针对该类电机的设计进行讨论和交流，向大家学习了! 下面先给出电机结构示意图 电机为典型的4极36槽结构，绕组为单层交叉，Y接形式，内置径向W型永磁体，采用冲片类型为DW315-50。具体的其他的电机参数将在RMxprt设计中给出区别于前面两位版主的纯V11仿真，该算例采用了Ansoft RMxprt V5.0版本与Maxwell V11.1版进行了简易的联合2D仿真。对新人而言，V5.0的界面更加人性化和易于上手，推荐新同学使用。 运用Ansoft RMxprt V5.0进行基本的电磁设计，输入相应电机参数反复调试运行。下面给出本例的参数设置

基本参数 定子内外径和槽形尺寸

转子内外径和磁钢设计

转子槽形和端环设计 以上需要补充说明的是Ansoft RMxprt V5.0的材料设置问题和绕组编辑问题 就材料设置而言，大家可以利用软件自带的.h-b文件自行添加所需要的硅钢片材料，主要是需要查找一些手册来添加磁化曲线和损耗曲线，用记事本的格式进行编辑添加，放在指定的文件夹中，即可在设计中引用，图例DW315-50的.h-b文件，要对应操作窗口的各项参数进行添加，方可正确使用

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell软件中的RMxprt模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 T。本例所永磁同步电动机的效率η、功率因数cos?、起动转矩st T和最大转矩max 设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 计算额定数据：

(1) 额定相电压：N 220V U U == (2) 额定相电流：3 N N N N N 1050.9A cos P I mU η??== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p = (4) 额定转矩：3 N N 1 9.5510286.5N m P T n ?==g 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定 永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度，它们可由如下公式 估算得到： 2 i11P D L C n '= N N N cos E K P P η?'=， 6.1p Nm dp C K K AB δ α=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。 E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值，本例取0.96；p α'为计算极弧系数， 初选0.8；Nm K 为气隙磁场的波形系数，当气隙磁场为正弦分布时等于1.11；dp K 为电枢的绕组系数，初选0.92。A 为电机的线负荷，B δ为气隙磁密，A 和B δ的 选择非常重要，直接影响电机的参数和性能，应从电机的综合技术经济指标出发 来选取最合适的A 和B δ值，本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。 由上式可初步确定电机的2i1D L ，但要想进一步确定i1D 和L 各自的值，还应选择主要尺寸比i1i122L L pL D D p λπτπ===，其中τ为极距。通常，中小型同步电动机的0.6~2.5λ=，一般级数越多，λ也越大，本例初选1.4。 永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大，主要 是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂 散损耗，减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。所以设计永磁同步电动 机的气隙长度时,可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。本 例取=0.7mm δ。 确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下，视具 体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。

新型永磁电机转子磁路结构设计与分析

新型永磁电机转子磁路结构设计与分析 方案计算中采用了二维平面电磁场时步有限元结合场路耦合的方法，采用该计算方法的优点是能够考虑机械运动、导体区域感应涡流产生的集肤效应以及绕组邻近效应的影响，通过合理的简化模型，可以获得较高的计算精度和合理的计算时间[7]。 永磁同步电机电磁场时变问题中的Maxwell方程组表达式为： （2） 当考虑到电机铁芯的饱和因素，则非线性时变运动电磁场问题的偏微分方程表达式[8]为：（3） 式中：A—矢量磁位；Js—外部强加的源电流密度；v—媒质的磁阻率；V—媒质相对坐标系的运动速度；—媒质的电导率。 3 电磁场仿真计算与分析 根据上述分析，针对以上转子磁路结构类型，本文建立了3种磁路结构的模型，分别是表贴式、内置式和本文提出的新磁路结构。 该永磁同步电动机的定子槽数（36槽）及结构尺寸相同。转子采用不同的磁路结构，即表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构和本文提出的新型磁路结构。转子极数为8极。图3、图4和图5分别为表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构（转子磁路為一字型结构）、以及本文提出的新型转子磁路结构。 建立有限元仿真模型后，将分别计算3种磁路结构的空载反电动势波形，电机运行转速为1 000rpm，磁钢温度20℃。图6、图7和图8分别是表贴式转子磁路结构的空载反电动势波形、内置式转子磁路结构的空载反电动势波形和本文提出的新型转子结构的空载反电动势

波形。 通过对比图6、图7和图8的有限元仿真计算结果可知，当采用本文提出的新型转子磁路结构时，电机空载反电动势波形具有更高的正弦度，谐波含量最低，其谐波畸变率约为0.3%，远小于表贴式结构的2.6%和内置式转子结构的1.1%。 在空载工况下，对3种磁路结构电机的交直轴电感进行有限元仿真分析，得到电机交、直軸电感随时间的变化波形。计算结果如图9、图10、图11所示。 图9为表贴式转子结构的交直轴电感仿真结果。由于表贴式电机的交直轴磁导近似相等，因此仿真曲线中交直轴电感相近，即电机的凸极率近似为1。由图10可知，内置式电机的交直轴电感相差较大，其凸极率约等于1.5。图11为本文提出的新型转子磁路结构的电感仿真曲线，该结构的凸极率约为1.06，十分接近表贴式转子结构的凸极率，所以该磁路结构的控制方式与表贴式电机基本一致，使电机的控制方式更加简单。 4 试验验证 本文对新型转子磁路结构电机进行设计分析，根据设计参数制作了样机，并对样机的空载反电动势波形以及电机线电感进行试验测试。图12为新型转子结构样机空载反电动势波形。实测反电动势有效值与仿真计算值误差2.6%，满足工程设计要求。 本文通过对新型转子结构样机电感测试，得到样机线电感最大值约为105μH，线电感最小值约为90μH，因此其凸极率约为1.16，远低于内置式电机的凸极率，与表贴式电机的凸极率接近。 5 结论 本文提出了一种新型永磁同步电机转子磁路结构，通过分析得出以下结论。1）本文提出的新型永磁同步电机转子磁路结构，能够实现电机的高速运行，提高了磁钢在高速运行和冲击

高效永磁同步电动机设计技术研究

高效永磁同步电动机设计技术研究

目录 1、基本情况及背景介绍 (2) 2、高效永磁同步电动机关键技术的研究 (3) 2.1优化转子磁路结构，提高电机的可靠性 (3) 2.2永磁电机防退磁技术研究 (5) 2.3漏磁系数准确计算的研究 (7) 2.4稀土永磁材料的高温退磁特性及应用技术的研究 (10) 2.5稀土永磁材料的剩磁测试技术的研究 (14) 2.6电机的起动性能 (16) 2.7失步转矩倍数 (17) 2.8其它性能指标 (18)

1、基本情况及背景介绍 稀土永磁是一种高性能的功能材料，它的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积等优异磁性能特别适合于制造电机。用它制成的永磁同步电机，不需要用以产生磁场的无功励磁电流，可显著提高功率因数，减少定子电流和定子电阻损耗。在稳定运行时没有转子电阻损耗，使电机温升有较大裕度，从而可将风扇减小甚至不安装风扇，以减少风摩损耗提高电机效率。与普通的电励磁同步电动机相比，不需要用以产生磁场的励磁绕组和直流励磁电源，取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机，运行可靠，又效率提高。因此，国内外都投入大量人力物力从事高效钕铁硼永磁电机的研制开发。 相对于异步电机，永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、功率密度高等优点，效率比同规格的感应异步电机高2~8%。我国稀土永磁资源储量占世界储量的80％，发展永磁电机具有得天独厚的优势。 早在1980年，我国有关高校及科研院所就开始从事高效永磁电动机的研制开发，先后研制开发出多种类型电动机的样机，技术水平参差不齐，还存在着转子磁路单一、永磁材料可能退磁、测试和制造工艺复杂等问题，性能价格比不够理想，价格偏高。 为了充分发挥钕铁硼永磁材料的优异磁性能，针对钕铁硼永磁电动机在磁、电、机、热等方面的特点，进行技术集成和创新，特别对转子磁路结构、钕铁硼永磁材料的热稳定性做了深入研究，并应用于产品开发过程，提高其效率、性价比，可靠性（主要指不退磁），扩大应用领域，为把稀土资源优势转化为经济优势作贡献。

maxwell软件- 三相同步电机设计

10 三相同步电机 本章我们将简化RMxprt 一些基本介绍，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt 基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。 10.1 分析方法 三相凸极同步电机有发电机和电动机之分，两者的结构基本相同。三相同步发电机是工业、商业以及民用的主要电能来源，它将机械能转化为电能，其转子上装有由直流电励磁的多级绕组，定子上装有三相正弦分布绕组，转子旋转在气隙中产生旋转磁场。定子上感应出电压，频率为： 60pn f /= (10.1) 其中p 是极对数, n 是转子的机械转速，单位rpm ，又称为同步转速，电机可以根据负载需要来产生有功功率和无功功率。 通常采用频域矢量图来对电机进行分析，发电机和电动机的矢量图如图10.1所示。 a. 发电机 b. 电动机 图10.1 同步电机矢量图 图中R 1和X 1分别为电枢绕组电阻和漏电抗，X ad 和X aq 分别为d 轴电枢电抗和q 轴电枢电抗。相量图中X ad 是经过线性化处理的非线性参数。 以输入电压U 为参考相量，则电流相量为： ?-∠=I I (10.2) 设功率因数角为φ, 是电压相量U 与电流相量I 的夹角， 图中OM 所代表的相量可表示为 ???++-+++=motor for X X R generator for X X R OM aq 11aq 11)j j ()j j (I U I U (10.3) 设E 0与U 的夹角为θ,（对于发电机θ称为功率角，对于电动机θ,称为力矩角），则E 0与I 的夹角为 θ?ψ+= (10.4)

d 轴和q 轴电流可分别按下式求出 ??????=??????=ψψcos sin I I I q d I (10.5) 图中ON 相量代表由d 轴磁链所产生的d 轴反电势。由磁路空载特性曲线，可确定E 0，X ad 和励磁电流I f 1. 对于发电机： 输出电功率： ?cos UI 3P 2= (10.6) 输入功率(机械功率) ： ex Cuf add Fe Cua fw 21P P P P P P P P ++++++= (10.7) 式中：P fw ， P Cua ，P Fe ，P add ，P cuf 和P ex 分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、附加损耗、励磁绕组铜损和励磁机损耗 输入机械转矩： ω1 1P T = (10.8) 式中ω为同步角速度，单位：rad/s 2. 对于电动机： 输入电功率： ?cos UI 3P 1= (10.9) 输出机械功率： ()ex Cuf add Fe Cua fw 12P P P P P P P P +++++-= (10.10) 式中：P fw ， P Cua ，P Fe ，P add ，P cuf 和P ex 分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、附加损耗、 励磁绕组铜损和励磁机损耗 输出机械转矩： ω22P T = (10.11) 电机效率： %100P P 12?=η (10.12) 10.2 主要特点 10.2.1 适用于同步电动机和同步发电机 凸极同步电动机和发电机结构基本相同，相量关系和计算方法有些差别，输出性能数据也有所不同。故RMxprt 将同步电机分为两个设计模块：同步电动机和同步发电机。 10.2.2 三相绕组的自动排布 几乎所有常用的三相和单相，单层和双层，整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户不需要一个接一个的自己定义线圈。

永磁电机基本概念

永磁电机 永磁电机采用永磁体生成电机的磁场，无需励磁线圈也无需励磁电流，效率高、结构简单，是很好的节能电机，随着高性能永磁材料的问世和控制技术的迅速发展．永磁电机的应用变得更为广泛。

永磁电机的发展历史 永磁电机的发展同永磁材料的发展密切相关。19世纪20年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。但当时所用的永磁材料是天然磁铁矿石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的电机体积庞大，不久被电励磁电机所取代。 随着各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明，人们对永磁材料的机理、构成和制造技术进行了深入研究，相继发现了碳钢、钨钢（最大磁能积约2.7 kJ/m3）、钴钢（最大磁能积约7.2 kJ/m3）等多种永磁材料。特别是20世纪30年代出现的铝镍钴永磁（最大磁能积可达85 kJ/m3）和50年代出现的铁氧体永磁（最大磁能积现可达40 kJ/m3），磁性能有了很大提高，各种微型和小型电机又纷纷使用永磁体励磁。永磁电机的功率小至数毫瓦，大至几十千瓦，在军事、工农业生产和日常生活中得到广泛应用，产量急剧增加。这段时期在永磁电机的设计理论、计算方法、充磁和制造技术等方面也都取得了突破性进展，形成了以永磁体工作图图解法为代表的一套分析研究方法。但是，铝镍钴永磁的矫顽力偏低（36～160 kA/m），铁氧体永磁的剩磁密度不高（0.2～0.44 T），限制了它们在电机中的应用范围。 一直到20世纪60年代和80年代，稀土钴永磁和钕铁硼永磁（二者统称稀土永磁）相继问世，它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于制造电机，从而使永磁电机的发展进入一个新的历史时期。 永磁电机的特点及应用 与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是稀土永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显着优点。因而应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。下面介绍几种典型永磁电机的主要特点及其主要应用场合。 1、稀土永磁发电机

Ansoft永磁同步电机 设计 报告

现代电机设计 利用Ansoft软件对异步起动永磁同步电动 机的分析计算 2013 年7 月

目录 第1章引言………… 第2章 RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析………… 2.1 Stator项设置过程………… 2.2 Rotor项设置过程………… 2.3 Line Start-Permanent Magnet Synchronous Machine的电机仿真………… 2.4 计算和结果的查看………… 第3章静态磁场分析………… 3.1 电机模型和网格剖分图………… 3.2 磁力线分布图…………………… 3.3 磁密曲线 3.3.1 气隙磁密分布………… 3.3.2 定子齿、轭部磁密大小………… 3.3.3 转子齿磁密大小………… 第4章瞬态场分析………… 4.1 额定稳态运行性能………… 4.1.1 电流与转矩大小………… 4.1.2 各部分磁密………… 4.2 额定负载启动………… 4.2.1 转矩-时间曲线………… 4.2.2 电流-时间曲线………… 4.2.3 转速-时间曲线………… 4.2.4 转矩-转速曲线…………

第1章引言 Ansoft Maxwell作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁场领域都得到了广泛的应用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。该软件包括二维求解器、三维求解器和RMxprt旋转电动机分析专家系统这3个主要模块，不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。利用Ansoft软件进行仿真可以帮助我们了解电动机的结构特性。 本文是一台4极、36槽绕组永磁同步电动机，利用RMxprt模块进行电机的建模、仿真以及导入到Maxwell2D的有限元模块的方法，然后再对Maxwell2D 中的永磁体模型进行修正，最后对该电机在静态磁场和瞬态磁场的情况下进行分析。

永磁电机电磁设计

2004 ANSYS 中国用户论文集
永磁电机电磁计算
吴海鹰 武汉船用电力推进装置研究所 430064
[ 摘 要 ] 现代船舶多采用电力推进作为其动力系统,而交流永磁推进是船舶动力系统的一个新的发展 方向.本文采用有限元法,在船舶永磁推进电机电磁场分析计算的基础上,运用场——路结 合方法进行电磁设计计算,可得到电机的内部磁场分布波形,绕组反电势,电机电感和电磁 转矩等重要电磁参数,从而验证电机结构参数的合理性,并且能够计算出推进电机各种运行 工况下的特性.本文利用电机的周期性和齿槽结构的重复性,采用简化计算的方法即只计算 一个槽距范围,对得到的结果数据进行数据扩展,得到电机转子转过一对磁极范围的数据, 可使计算速度提高几十倍.在计算中同时考虑了电枢斜槽,硅钢片叠压系数,硅钢片磁导率 各向异性等因素的影响.用上述计算方法设计计算了兆瓦级船舶交流永磁推进电机,各种参 数计算值与实验结果相比基本相符,能够满足设计的精度要求. [ 关键词 ] 反电势 电感 叠压系数 磁导率各项异性
Electromagnetic Field Calculation of AC PM Propulsive Motor of Ships
Wu haiying CISC 712 ,430064
In recent years the designers adopt the electric-drive as their ships power system. However, the AC permanent magnet(PM) propulsion motor is a new developing trend of the ships power system. On the basis of the electromagnet field analysis and calculation of the PM motor, we use the finite element method and field—current conjugation for EM field design to get the parameters such as magnetic field waveform, winding EMF, self-inductance, mutual-inductance and EM torque, etc. So that we could confirm structure parameter of the motor ,then calculate the perform characteristic of propulsive motor under every operating mode. We use the periodicity of motor and the repeatability of the tooth space structure, adopts a simplified calculation of calculating just one slot pitch, and extending the data, then getting the data that the rotor rotates a pair of magnetic poles, and it makes the speed of calculation improve multi-times. Consider the influence of the armature chute, silicon sheet lamination-stacking parameter, silicon sheet magnetic inductivity anisotropy, etc. at the same time. We have designed the megawatt AC PM propulsion motor of the ships, the calculated result of the parameters is up to the experimental result basically. [ Keyword ] EMF inductance silicon sheet lamination-stacking magnetic inductivity anisotropy [ Abstract ]
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前言
传统的电机学和电机设计中,习惯地把电机的分析和计算归结为电路和磁路的计算问 题.实际上,电路和磁路中的各个参数是由电机电磁场的场量得来,由于数值计算和仿真技 术的不断发展,我们可以直接使用有限元对电机的电磁场进行分析和计算. 科技飞速发展的今天,大型电机和特种电机的设计技术都有了巨大的进步,电机性能参 数计算的精度要求越来越高, 设计研发的周期越来越短, 传统的分析计算不能很好的满足上 述要求.有限元法作为一种电机电磁场数值解法臻于完善,其应用也越来越广泛.作为一种 近似的数值计算方法, 有限元法的计算精度很大程度上取决于网格剖分的疏密程度. 对于一 台电机若采用三维模型计算,其计算量很大,不利于调试.实践证明如果忽略电机端部的影 响,采用二维的磁场分析也能满足设计的精度要求.利用电机结构的周期性,选用充分,合 理的电机计算区域作为有限元模型,可以对电机模型进一步的简化.

电动车永磁同步电动机的设计发展

2018(6)OVERVIEW行业观察 摘要：该文简要地比较了几种常用电动汽车的驱动系统，并指出了永磁同步电动机的优势。在各类驱动电机中，永磁同步电 动机能量密度高、效率高、体积小、惯性低、响应快，有很好的应用前景，介绍了电动车驱动用永磁同步电动机目前的研究状 况以及研究热点和发展趋势。 关键词：电动汽车;永磁同步电动机;弱磁控制;控制策略 Design Development on Permanent Magnet Synchronous Motor in Electric Vehicle Abstract：This paper briefly compared several popular electric vehicle drive systems and pointed out the advantages of permanent magnet synchronous motor in various types of drive motors. Permanent magnet synchronous motor has high energy density, small size, low inertia and fast response, it has a good prospect. Then the paper introduced the current research situation, the focus and development trends of the permanent magnet synchronous motor in electric vehicle. Key words ：Electric vehicle; Permanent magnet synchronous motor; Weak magnetic control; Control strategy 电动汽车具有低噪声、零排放、高效、节能及能源 多样化和综合利用等显著优点，成为各国开发的主流。电动汽车的发展有赖于技术的进步，尤其是需要进一 步提高其驱动系统的性能[1]。电动汽车对其驱动系统的 要求是转矩控制能力良好，转矩密度高，运行可靠性及 在整个调速范围内的效率尽可能高，从而保证车辆具 有良好的动力性能和操控性，同时在车载动力电池未 能取得突破的情况下，延长车辆的续驶里程。研究并开 发出高水平的电机驱动控制系统，对提高我国电动汽 车驱动系统水平及电动汽车的产业化具有重要意义[2]。随着永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步电 动机以其高效率、高功率因数和高功率密度等优点，正 逐渐成为电动汽车驱动系统的主流电机之一。 1电动汽车用电动机及驱动系统比较 电气驱动系统作为现代电动汽车的核心[3]，主要包 括:电动机、功率电子元器件及控制部分。评价电动车 的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控 制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动 车用电动机主要有直流电动机（DCM)、感应电动机 (IM)、永磁电动机(PM)及开关磁阻电动机(SRM)4类。下面分别对这4种电气驱动系统进行简要的分析和说 明[4]，其总体特性比较，如表1所示。 表1电动汽车电气驱动系统特性比较 项目DCM PM IM SRM 控制方式差优一般优 大小、质量差优优一般 电动机高速运转能力差一般优优 维修性差一般优优 效率差优一般优 尺寸、质量优一般一般一般 控制装置 控制性一般优优一般 功率元件数少多多较多 综合评价差优(高效）一般(耐用）较优1.1直流电动机驱动系统 在电动汽车领域，最早使用的就是直流电动机。直 流电动机结构简单，易于控制，具有良好的电磁转矩控 制特性，但是由于采用机械换向结构，维护困难，并产 生火花，容易对无线电产生干扰，这对高度智能化的未 来电动汽车是致命的弱点[5]。另外，直流电动机驱动系 统体积大、制造成本高、速度范围有限、能量密度较低，这些都限制和妨碍了直流电动机在电动汽车中的进一 -11 -

永磁电机设计中永磁材料的选用

永磁电机设计中永磁材料的选用 邱克立 1引言 电动机的机理是电能转换成机械能，而这种能量转换是以磁场为媒介的。在电磁式电机中，是通过励磁线圈产生磁势源。而在永磁电机中是以永磁材料产生恒定磁势源。用永磁磁钢代替电励磁具有很多优点。如可使电机结构简单、维修方便、重量轻、体积小、使用可靠、用铜量少、铜耗低、能耗 小［1］。 永磁电机性能的好坏，直接与所采用的永磁材料的性能参数有着密切的关系。 2永磁电机与永磁磁钢性能的关系 通常，电机以两种特征参数来表征电机的能力系数。一个是磁负荷(气隙磁密)B δ ，另一个是线负荷A(与电机安 匝数有关的参数)。当电机输出转矩一定时，B δA为一定值。B δ 取得大，A就可取得小。此关系可以从一般永磁直流 电动机的力矩公式(1)中看出。 转矩： (1) 式中，α、δ、D、L均为电机几何参数。 线负荷： (2) 式中I a ——电枢绕组电流 N c ——电枢绕组总匝数 a——电枢绕组的并联支路对数 可见，线负荷A与电机安匝数I a N c 成正比［2］。 随着永磁材料的发展，现代永磁电机日趋采用高强磁性材料，以提高剩磁磁密Br和气隙磁密B δ 值，相应可降低线负荷A，即可降低 安匝数I a N c ，从而可大大降低铜线电阻R a 及铜耗，使电机的效率提高，并使电机的体积和重量减小。 这点可从式(3)～(5)看出： (3) 式中K T ——转矩常数 K E ——反电势常数

R a ——电枢绕组电阻 n ——电机转速 V ——电池电压 R a ∞N c (在相同的线径下) (4) 铜耗：P cu =I 2 a R a (5) 永磁电机输出功率的大小与磁钢的磁能积密切相关。由永磁电机理论可推导出以下的关系： (6) 式中 P N ——额定输出功率 (BH)max ——磁钢的最大磁能积 V M ——磁钢的总体积 P ——电机极对数 n ——电机转速 由式(6)看出，P N ∞(BH)max 即当磁钢体积一定时，永磁电机的额定输出功率与磁钢的最大磁能积成正比［3］ 。 可见，永磁电机对永磁材料的磁性能的要求是具有“三高”的磁特性，即剩磁磁密Br 高，矫顽磁力H c 高及最大磁能积(BH)max 高。而钕铁硼稀土永磁材料正具备这些优异的磁性能，从而使永磁电机的应用得到了迅猛发展。 3 在永磁电机设计中应注意的问题 在永磁电机设计时，应着重考虑以下几方面： 3.1 必须考虑到电机运行过程中产生的最大去磁磁势的影响 矫顽能力H c (或内禀矫顽磁力 j H c )是代表磁性材料的抗去磁能力，H c 抗去磁能力越强，在设计永磁电机时，应该着重考虑这一点。因此，在永磁电机设计中，选取最大电负荷时，电机的电枢反应所产生的去磁磁势绝对不能接近或超过磁钢所规定的H c 值或 j H c 值。否则，电机经过一段时间运转，或经过大负荷下运转，逐渐会使电机磁钢失磁或去磁，使电机性能严重变化。所以，在设计永磁电机时，必须考虑到电机运行过程中产生的最大去磁磁势的作用，应合理地设计永磁磁路的工作点。 3.2 对磁钢的去磁曲线的形状和线性度应有特殊要求 因电机是在交变磁场下工作，电机空载运行时，工作点在A 0点(空载工作点)，当加负载时，电机工作点沿去磁曲线趋向A 2点(见图1)；当去掉负载时，工作点不按去磁曲线回到A 0点，而是按回复直线到A 0点，显然，A 0点的Φ r 小于A 0点的磁通，电机磁钢长期以往下去，造成永久性的不可逆去磁，如图2所示。设计永磁电机时，要求磁钢的去磁曲线为线性(或接近于线性)，如图1所示，并且去磁曲线的斜率应等于或接近于可逆磁导率，使回复直线与去磁曲线相重合，以保证电机运行时磁钢工作点的稳定性，使工作点A 0稳定在去磁曲线与空载特性曲线的交点。 图1 线性去磁 曲线磁钢工作图 图2 非线性去 磁曲线磁钢工 作图

ANSOFT 永磁同步电动机设计

IPM ADJUSTABLE-SPEED SYNCHRONOUS MOTOR DESIGN File: Setup1.res GENERAL DATA Operation Type: Motor Source Type: AC Rated Output Power (kW): 20 Rated Power Factor: 0.95 Capacitive Power Factor: N o Frequency (Hz): 200 Rated V oltage (V): 254 Load Type: Const Power Rated Speed (rpm): 3000 Operating Temperature (C): 75 STATOR DATA Stator Core Type: SLOT_AC Stator Position: Outer Number of Poles: 8 Outer Diameter of Stator (mm): 180 Inner Diameter of Stator (mm): 110 Length of Stator Core (mm): 120 Stacking Factor of Stator Core: 0.95 Steel Type of Stator: M19_24G Number of Stator Slots: 48 Type of Stator Slot: 1 Stator Slot hs0 (mm): 0.5 hs2 (mm): 15 bs0 (mm): 2 bs1 (mm): 3.25 bs2 (mm): 6.5 Top Tooth Width (mm): 4.18306 Bottom Tooth Width (mm): 2.90211 Number of Sectors per Lamination: 1

永磁电机最终要点

根据所用永磁材料的不同，将永磁直流电动机的磁极结构分为以下4类：铝镍钴永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机、稀土永磁直流电动机、复合磁极永磁直流电动机 1.1 铝镍钴永磁直流电动机的磁极结构 铝镍钴永磁直流电动机的主要磁极结构如图1所示，其中（a）为两极结构，采用弧形永磁体，沿圆弧方向充磁，两块永磁体并联提供每极磁通，属于并联式磁路结构；（b）与（a）基本相同，不同之处是结构（b）的几何中性线位置开了凹槽，以削弱该位置的磁场，改善换向；（c）为多极结构，为便于永磁体的制造和充磁，采用矩形永磁体，圆周方向充磁；图（d）采用长棒形永磁体，沿径向充磁；图（e）采用圆筒形磁极，圆周方向充磁。

1--永磁体 2--电枢 3--机壳 4--极靴 图1 铝钴镍永磁直流电动机的磁极结构 1.2 铁氧体永磁直流电动机的磁极结构 铁氧体永磁直流电动机的磁极结构如图2所示，其中（a）为瓦片形磁极结构，永磁体直接面对空气隙，电枢反应直接作用在永磁体上，且气隙磁密低，适合于对气隙磁密和电机体积要求不高的场合，设计不当会出现不可逆退磁；（b）在永磁体上安装软铁极靴，交轴电枢反应沿极靴方向闭合，对永磁体影响小，此外极靴还有聚磁作用，可以产生较高的气隙磁密，有利于减小电机体积和重量；（c）为整体圆筒形磁极，可以充为一对极或多对极，结构简单，加工和装配方便，便于大量生产，但极间的部分永磁材料作用很小，材料利用率低，但圆筒形永磁体较难制成各向异性，磁性能较差；（d）为方形结构采用矩形永磁体和聚磁极靴，与（b）相同。 1--永磁体 2--电枢 3--机壳 4--极靴 图2 铁氧体永磁直流电动机的磁极结构 1.3 稀土永磁直流电动机的磁极结构

三相永磁同步电动机变频调速系统设计

运动控制系统 课程设计 题目：三相永磁同步电动机变频调速系统设计 专业班级：自动化 姓名： 学号： 指导教师： 评阅意见： 指导老师签名： 日期：2014年月日

本论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上详细讨论了其变频调速的理论并且设计了一套基于DSP的永磁同步电动机磁场定向矢量控制系统。永磁同步电动机相对感应电动机来说具有体积小、效率高以及功率密度大等优点，因此自从上个世纪80年代，随着永磁材料性能价格比的不断提高，以及电力电子器件的进一步发展，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。由于永磁同步电动机自身具有比感应电动机更为优越的性能，而且其dq变换算法相对简单、电机转子磁极的位置易于检测，因此交流调速的矢量控制理论在永磁同步电动机的控制领域也得到了同样的重视，有关永磁同步电动机矢量控制研究的成果陆续发表。本文就是应用电压矢量控制SVPWM实现对永磁同步电机的转矩控制，使其拥有直流电机的性能。 关键词：永磁同步电机矢量控制dq变换DSP

1 绪论 (1) 1.1 研究背景与意义 (1) 1.2 研究现状及应用前景 (1) 2 永磁同步电机的矢量控制方法 (3) 3 硬件电路设计 (4) 3.1 电流检测电路 (4) 3.2 转速检测和转子磁极位置检测电路 (5) 3.3 PWM发生电路 (6) 3.4 IPM智能功率模块驱动电路 (7) 3.5 系统保护电路 (8) 3.6 人机接口电路 (9) 4 软件设计 (9) 设计心得 (12) 参考文献 (13)

1 绪论 1.1 研究背景与意义 众所周知，电动机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法：一种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，这种电励磁的电机既需要有专门的绕组和相关的装置，又需要不断的供给能量以维持励磁电流的持续流动；另一种方法是用永磁体来产生磁场。由于永磁体材料的固有特性，它经过预先磁化(充磁)后，不需要外加能量就能够在其周围空间建立磁场。永磁电机的发展是与永磁体材料的发展密切相关的。近几十年来，由于各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明，人们对永磁材料的机理、构成和制造技术进行了深入研究，相继发现了碳钢、钨钢、钴钢等多种永磁材料。特别是20世纪30年代出现的铝镍钻永磁和50年代出现的铁氧体永磁，磁性能有了很大的提高，各种微型和小型电机又纷纷采用永磁体励磁。永磁电机的功率小至数毫瓦，大至几十千瓦，在军事、工农业和开常生活中得到了广泛的运用，产量急聚增加。 按照工作原理，电动机一般分为直流电动机和交流电动机两大类。直流电动机的转速容易控制和调节，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，通过改变电枢电压的方法实现恒转矩调速；在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。交流电动机的诞生已经有一百多年的历史。交流电动机又分为同步电动机和感应(异步)电动机两大类。20世纪80年代以前，在变速传动领域，直流调速一直占据主导电位。随着交流调速技术的发展使交流电机的应用更加广泛，但是其转矩控制性能却不如直流电机。因此如何使交流电机的静态控制性能与直流系统相媲美，一直是交流电机的研究方向。本文就是针对永磁同步电机进行的矢量控制的变压变频调速系统设计。 1.2 研究现状及应用前景 自从上个世纪80年代以来，随着电机调速控制理论、电力电子和微电子技术的迅速发展以及永磁材料性能价格比的不断提高，永磁同步电动机的变频调速进入了深入研究和广泛应用的阶段。由于永磁同步电动机自身具有比感应电动机更为优越的性能，而且其dq变换算法相对简单、电机转子磁极的位置易于