三相永磁同步電機(jī)之永磁體選擇及設(shè)計(jì)

( l）永磁體選擇。盡管永磁材料多種多樣，但應(yīng)用于調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁材料只有稀土磁體，即欽鐵硼永磁和衫鉆永磁，兩者都具有很高的磁性能。相對(duì)于后者，前者的剩磁密度更高，價(jià)格較低，但溫度系數(shù)較高，居里溫度較低，更適于民用調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行永磁體最大去磁工作點(diǎn)的校核。

( 2）永磁體設(shè)計(jì)。不同的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，永磁體尺寸的設(shè)計(jì)也不同。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)，其永磁體尺寸可近似由下式確定：

對(duì)內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)，永磁體尺寸的確定比較復(fù)雜，因?yàn)樗c許多因素有關(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)、抗去磁能力和弱磁擴(kuò)速能力的影響。

一、氣隙磁密波形優(yōu)化

調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)需要正弦波分布的空載相電動(dòng)勢(shì)與正弦波相電流相互作用，產(chǎn)生沒(méi)有波動(dòng)的平穩(wěn)電磁轉(zhuǎn)矩。如果氣隙磁密正弦分布，則電機(jī)的定子繞組可以不采用短距和分布等措施就能得到正弦性良好的空載相電動(dòng)勢(shì)。在通常的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中，由永磁體產(chǎn)生的氣隙磁密不是正弦分布，為此必須進(jìn)行氣隙磁密波形的優(yōu)化。

( 1）表面式磁體結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)。

對(duì)表面式磁體結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)優(yōu)化電機(jī)的極弧改善氣隙磁密波形，在相同極弧系數(shù)下，電機(jī)的極對(duì)數(shù)越多，永磁氣隙磁密波形正弦性越好；通過(guò)對(duì)永磁體極弧范圍內(nèi)磁化方向長(zhǎng)度的優(yōu)化，同樣可以改善永磁氣隙磁密波形；還可采用HALBACH磁體結(jié)構(gòu)得到較接近正弦波分布的氣隙磁密波形。此外，HALBACH磁體結(jié)構(gòu)還具有很強(qiáng)的磁屏蔽作用，可以大大降低轉(zhuǎn)子扼部鐵心厚度，甚至省去轉(zhuǎn)子扼部鐵心，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和體積重量的減小極為有利。

( 2）內(nèi)置式磁體結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)。

在內(nèi)置式磁體結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)中，要想得到較接近正弦波分布的永磁氣隙磁密，可通過(guò)極靴的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)，即采用不均勻氣隙，參見第五章。

二、齒槽轉(zhuǎn)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)通常要求具有較高的定位精度。影響永磁同步電動(dòng)機(jī)定位精度的主要因素是永磁體不通電時(shí)所呈現(xiàn)出的齒槽轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩力圖使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子定位于某一位置。齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱方法已在第五章中討論，在此不再贅述。低速平穩(wěn)性是調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要指標(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，包括電動(dòng)勢(shì)或電流非正弦引起的紋波轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩。減小電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要措施如下：

( 1）增大氣隙長(zhǎng)度。

( 2）采用定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極。

( 3）減少定子槽口寬度或采用磁性槽楔，或采用無(wú)齒槽定子結(jié)構(gòu)。

( 4）合理選擇定子槽數(shù)，使電機(jī)繞組采用短距分布繞組或采用分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)。

( 5）進(jìn)行氣隙磁密波形的優(yōu)化。

( 6）采用阻尼繞組。

調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)除了上述特殊要求外，其他性能計(jì)算與異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)相同，在此不再贅述。