永磁同步电机设计案例

永磁同步电机设计案例

1、设计方案

针对永磁同步电机设计指标，首先通过磁路法电机设计软件进行电机设计分析，其能快速提供基于磁路法的分析结果，其电机结构图和分析结果如下图左所示。

电机设计结构 分析结果

经过磁路法设计软件中的分析，可以得到电机稳态性能，但对于电机的动态性能，如空载和额定负载时反电势、齿槽转矩的瞬时变化，就必须用有限元电磁场方法来分析，从而得到更全面的电机性能分析。

2、分析结果

空载特性

通过电机电磁场分析，电机在空载，转速为3000rpm 时定子绕组上产生的反电势波形、齿槽转矩和气隙磁密波形如下图所示。 图中可见，电机相反电势均近似为正弦波，满足永磁同步电机性能要求。

三相反电势 齿槽转矩

负载特性

对于该永磁同步电机需对电机负载特性进行进一步的分析。电机在负载为0.64N.m ，转速为3000rpm 时电机性能曲线如下图所示。

转矩(N.m) 三相电流(A)

3、仿真与实测结果对比

样机有限元仿真结果和实测结果的对比如下表所示

性能指标效率（%）线电流（A）额定转矩（N. m）功率因数

仿真结果92.03 2.0 0.644 0.99 实测结果91.9 2.09 0.64 0.98

4、总结

通过以上分析可见，基于磁路法电机设计和有限元磁场分析所设计的永磁同步电

机，仿真分析结果与样机实测结果相当吻合。至此，也完成了永磁同步电机的设计分析。

爪极永磁同步电机的设计特点

爪极永磁同步电机的设计特点 李开成张健梅（华中理工大学武汉430074） 【摘要】介绍爪极永磁同步电机转子的结构及设计特点，并说明了一些主要结构尺寸间的关系。 【叙词】永磁电机同步电机设计 1引言 爪极永磁同步电机的永久磁铁形状简单，极间漏磁大，磁铁过载能力强，机械强度高，普遍用于变流机和变频机，发电机的制造容量自数百瓦到数千瓦。当频率在1000Hz以内时，制造容量可达数十千伏安。这种电机由于转子采用爪极结构，而爪极的形状又可多种多样，因此，较普通永磁同步电机计算复杂。这种电机的分析和设计，在国内外文献中介绍较少。本文介绍爪极永磁同步电机的设计特点及爪极转子的设计。 2爪极式转子的结构及其特点

爪极式转子通常由两个带爪的法兰盘和一个圆环形永久磁铁组成，如图1所示。图la和c为左右两个带爪子的法兰盘，二者爪数相等，且等于极数的1/2。图lb为圆环形磁铁沿转子轴向充磁。图ld为装配图，左右为两个法兰盘对合，二者爪子互相错开，沿圆周均匀分布。圆环形永久磁铁夹在两个带爪法兰盘中间，使一个法兰盘上的爪子皆为N极性，另一个法兰盘上的爪子皆为S极性，形成如图le所示的多极转子结构。显然，法兰盘上的爪子起了极靴的作用。 爪极永磁同步电机中，电机的全部磁通(P对极)轴向穿过圆环形磁铁，进入爪极，经气隙进入定子，爪极中的磁路如图2所示。 爪极通常由10号钢制成，或由钢板冲成，也可由粉末冶金直接压制成形。由于磁通轴向通过爪子，爪子的每一截面通过的磁通不相等，爪尖最少，爪根最多。爪子的截面积沿电机轴向是变化的，爪尖部分的面积最小，爪根部分最大。爪极的形状多种多样，有等宽爪极、梯形爪极，还有正弦爪极。图3为梯形爪极形状。

【CN110048530A】一种永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910322089.6 (22)申请日 2019.04.22 (71)申请人 大连理工大学 地址 116024 辽宁省大连市甘井子区凌工 路2号 (72)发明人 孙建忠　王艳超　白凤仙　 (74)专利代理机构 大连理工大学专利中心 21200 代理人 温福雪　侯明远 (51)Int.Cl. H02K 1/27(2006.01) (54)发明名称 一种永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及 设计方法 (57)摘要 本发明属于永磁电机技术领域，涉及一种永 磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法。所 述的转子结构包括转轴、转子铁心和永磁体块， 所述转子铁心设有中心孔，所述转轴穿过转子铁 心的中心孔并与转子铁心固接；所述的转子铁心 均匀分割成偶数个极，每个极内设有不少于两层 U形磁障。每个极内的U形磁障构成的外圆的圆心 O 1与转子铁心外圆圆心O 2相距为h，h＞0，每个极 内的U形磁障形成的磁极中心线过圆心O 1和圆心 O 2。由此构建不均匀气隙和非等宽磁桥转子结 构。本发明提高了电机中气隙磁密的正弦度，优 化了气隙磁密波形，解决了永磁辅助同步磁阻电 机转矩脉动问题，转矩脉动明显减小，能够保证 电机在电气传动系统中更加平稳、 高效地运行。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 110048530 A 2019.07.23 C N 110048530 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110048530 A 1.一种永磁辅助同步磁阻电机的转子结构，其特征在于，包括转轴、转子铁心和永磁体块，所述转子铁心设有中心孔，所述转轴穿过转子铁心的中心孔并与转子铁心固接；所述的转子铁心均匀分割成偶数个极，每个极内设有不少于两层U形磁障，每层U形磁障中心设有永磁体槽，永磁体槽内置永磁体块；每个极内的U形磁障构成的外圆的圆心O1与转子铁心外圆圆心O2相距为h，h＞0，每个极内的永磁体块形成的磁极中心线过圆心O1和圆心O2。 2.根据权利要求1所述的转子结构的设计方法，其特征在于，步骤如下： 第一步：构建不等宽磁桥 通过转子铁心外圆弧与U形磁障外圆弧设计成非同心圆结构，实现构建不等宽磁桥，各U形磁障对应的磁桥宽度随两圆弧偏心距离变化而变化，U形磁障层数不少于两层； 第二步：转子结构的每个极下的转子铁心外圆弧为以偏移转轴中心O1距离h的点O2为圆心的圆弧线，h＞0，偏心圆圆心O2在磁极中心线上，则转子铁心外圆弧半径长度R3：R3＝R2-h-g min 式中：R2为定子内径；g min为最小气隙长度；h为偏心距； 第三步：所述U形磁障的外圆弧为以转轴中心O1为圆心的圆弧线，U形磁障外圆弧的半径长度O1B： O1B＝R2-g max-AB R2为定子内径；g max为最大气隙长度；AB为转子外侧圆弧与U形磁障外侧圆弧间最小距离。 2

同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用

同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用 摘要：本文简单介绍了同步磁阻电机(SynRM)的运行原理。追溯同步磁阻电机的发展历史，总结了同步磁阻电机的结构和运行特点。根据同步磁阻电机的特点结合目前国内外研究现状讨论了同步磁阻电机现有的几种高性能控制方法。最后根据同步磁阻电机当前的研究进展结合其取得的优越性能介绍了其在电动汽车和高速发电等领域的应用。 关键词:同步磁阻电机 1同步磁阻电机的原理 SynRM 运行原理与传统的交、直流电动机有着根本的区别，它不像传统电动机那样依靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用形成转矩，而遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。 SynRM 在 dq 轴系下的电压、磁链、电磁转矩和机械运动方程为： 电压方程： (1) 磁链方程： (2) 电磁转矩方程： (3) Ld、Lq为绕组d、q轴电感；Rs为定子绕组相电阻；ωr为转子电角速度；ψd、ψq 为定子 d、q 轴磁链，p n为电机极对数；β为电流综合矢量与d轴之间的夹角[1]。 2同步磁阻电机的发展历史 早在二十世纪二十年代Kostko J K等人提出了反应式同步电机理论[2]，M．Doherty 和 Nickle 教授提出磁阻电机的概念，此后国外关于许多专家和学者对同步磁阻电机的的能、转子结构和控制方法进行较深入研究。早期的同步磁阻电机由一个无绕组凸级转子和一个与异步电机类似的定子组成。在转子轭q轴方向加上两道气隙, 以增加q 轴磁阻。

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

自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比word版本

自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比

自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比 1、自启动永磁同步电机 1.1 工作原理 起步过程与异步电机一样，定子绕组三相旋转磁场与转子鼠笼条（铜条）感应电流产生的磁场作用，让电机启动起来，此时永磁体不起作用，当转速起来后，由永磁体与定子旋转磁场作用带动转子旋转。当同步转速稳定后，由于定子磁场转速与转子转速一致，及没有相对运动，不会产生感应电流，鼠笼条（铜条）也就不起作用。 1.2 基本结构 主要由定子铁芯、绕组、机座、端盖、接线盒、转子铁芯、转轴、磁钢等组成。 定子结构转子结构 2、开关磁阻电机 2.1 工作原理 开关磁阻电机磁路始终以“磁阻最小”为转动原则，及当绕组通交流时，会在气隙形成交流磁场，该磁场从定子流动转子，再留回定子形成回路，该回路始

终从最小磁阻的路径流过。然后通过控制器依次给三相绕组通电形成旋转磁场，从而带动转子旋转起来。 2.2 基本结构 除转子上没有磁钢外，其余构建与永磁同步电机一致，只是转子形状和绕组排布有差异而已。 3、性能对比 3.1 由于开关磁阻电机定子和转子都有齿槽，气隙磁场畸变比较严重，相比永磁同步电机只有定子开有槽，开关磁阻转矩脉动和电磁噪音大很多。 3.2 自启动永磁同步电机转子有启动绕组，可以直接启动，而开关磁阻电机必须通过控制器才能启动，成本增加，而且需增加控制器安装空间。 3.3 开关磁阻电机由于转子没有安装永磁体，出力全靠定子绕组电流产生，不仅增加了定子绕组和逆变器的负担，也提高了逆变器功率要求，当然成本也会提高。 3.4 永磁同步电机额定效率达95%以上，且高效率区域很宽，而开关磁阻基本在90%左右，高效区也很窄，在负载比较低的工况下，耗电量比较高。 3.5 同功率、转速下，永磁同步电机可以做得比开关磁阻体积小、重量轻。

可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与性能分析

2019年2月电工技术学报Vol.34 No. 3 第34卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2019 DOI：10.19595/https://www.wendangku.net/doc/102624837.html,ki.1000-6753.tces.L80389 可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与 性能分析 杨晨白保东陈德志李岱岩 （沈阳工业大学电气工程学院沈阳 110870） 摘要以3层磁障转子的永磁辅助同步磁阻电机为例，提出一种铁氧体与铝镍钴混合永磁的可变磁通永磁辅助同步磁阻电机转子设计方法，使永磁辅助同步磁阻电机具备记忆电机弱磁区转矩高、损耗小和调速范围宽的优点。首先给出可变磁通永磁辅助同步磁阻电机的调磁方法；然后从永磁体工作点设计的角度分析电机调磁电流和过载能力对电机性能的影响；接着介绍了永磁体排布的确定和体积比优化设计方法；最后提出一种适用于该电机的转子设计方法。仿真结果表明，采用该文提出的转子设计方法能够使电机弱磁区损耗最多降低56%，电机弱磁区的转矩和调速范围显著提高。 关键词：永磁辅助同步磁阻电机记忆电机退磁有限元 中图分类号：TM351 Design and Analysis of a Variable Flux Permanent Magnet Assisted Synchronous Motor Yang Chen Bai Baodong Chen Dezhi Li Daiyan （School of Electrical Engineering Shenyang University of Technology Shenyang 110870 China）Abstract This paper takes permanent magnet (PM) assisted synchronous motor (PMaSynRM) with three layer flux barrier rotor as an example and presents a novel rotor design method for variable-flux PMaSynRM with hybrid ferrites and alnico PMs. This method makes PMaSynRM integrates the merits of memory motor which are low loss, high torque output in flux-weaken range and wide operation range. Firstly, the method of rotor magnetic field regulate was given. Secondly, the influence of magnetic regulate current and overload capability on the machine performance was analyzed based on the design of working point of PM. Thirdly, the determination of PMs arrangement and optimization method of volume ratio between two kinds of PMs were discussed. Finally, the method of rotor design was concluded. The simulation result shows that adopting rotor design method proposed by this paper can reduce the loss of machine up to 56% and enhance torque output in flux-weaken range, operation range can also be promoted effectively. Keywords：Permanent magnet (PM) assisted synchronous motor, memory motor, demagnetization, finite element method 0引言 永磁电机作为一种高效率、高转矩密度、宽调速范围的高性能电机，在工业、交通和航空航天等领域得到了广泛的应用[1-3]。但稀土永磁材料价格高且供应量有限，因此少稀土或无稀土的高性能电机成为众多学者研究的热点[4,5]。永磁电机还存在弱磁运行时去磁电流分量引起的损耗导致其效率降低的缺点。 收稿日期 2018-07-01 改稿日期 2018-11-13

磁阻电动机和永磁电动机

6. 013 第13讲： 磁阻电动机和永磁电动机；光子力 A. 概述 磁阻电动机通常包含软铁转子，它被拉转向被磁化的极。通过同步切换极和转子的励磁，转子可持续运动。将总的系统能量根据转子的不同位置进行分区分，即可得出作用于转子上的力。磁场能量存储在系统的电感线圈L 中：，如果能将L 表示成转子角度2/2m w LI =θ的函数()L θ，就可以简化计算。磁连通的简单表达式A N B d a LI λ=∫ =可以将磁通密度B 和L 联系起来，其中N 是面积为A 的定子上励磁线圈的匝数；定子和转子极中的通量大致相等。 永磁铁以大约20/2[]gap 2B Nm μ?的力密度贴近高导磁材料表面，其中gap B 是气隙 中的磁通密度。在永磁铁发动机或发电机中，永磁铁还提供了磁场，用于产生作用于电流上的力。 电磁波可对物体产生压力，这些物体能部分或全部的吸收光子或者发生全反射。通过洛仑兹力法则或通过计算波中光子动量的变化可计算出此力。光子动量是：1/[]p z hf c Nms ∧?=，其中是波传播方向上的单位向量。作用于物体上的力是z ∧ (/)f n d p dt =?，n 为每秒钟的入射光子数，/d p dt 是每个光子由物体引起的动量变化。 B. 磁阻电动机 要找到图13-1中磁阻电动机转子的转矩，就要先找到磁场。高导磁率的定子限定了由N 匝线圈产生的磁场，并将它引导向极面，定子与转子间的细小气缝b 在那里产生了一个“阻力最小通道”。B 必须连续的穿越两个气隙，因为0B ?= ，所以stator gap rotor B B B ??，且0(/)gap gap H H μμ? H 。 接下来，我们将NI 和磁场联系起来。H J ?×=的完整形式就变为： A c J d a H d s =∫ ∫ ，因此 （1） ()2gap stator c NI H H d s bH =+?∫ gap b （2） 这就得出了 /2gap H NI ? （3） 独立的气隙交叉部分（应保证它不接近于零，以使非气隙磁场泄漏成为整个磁通的重要部分）。

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：

自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比

自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比 1、自启动永磁同步电机 1.1 工作原理 起步过程与异步电机一样，定子绕组三相旋转磁场与转子鼠笼条（铜条）感应电流产生的磁场作用，让电机启动起来，此时永磁体不起作用，当转速起来后，由永磁体与定子旋转磁场作用带动转子旋转。当同步转速稳定后，由于定子磁场转速与转子转速一致，及没有相对运动，不会产生感应电流，鼠笼条（铜条）也就不起作用。 1.2 基本结构 主要由定子铁芯、绕组、机座、端盖、接线盒、转子铁芯、转轴、磁钢等组成。 定子结构转子结构 2、开关磁阻电机 2.1 工作原理 开关磁阻电机磁路始终以“磁阻最小”为转动原则，及当绕组通交流时，会在气隙形成交流磁场，该磁场从定子流动转子，再留回定子形成回路，该回路始终从最小磁阻的路径流过。然后通过控制器依次给三相绕组通电形成旋转磁场，从而带动转子旋转起来。 2.2 基本结构 除转子上没有磁钢外，其余构建与永磁同步电机一致，只是转子形状和绕组排布有差异而已。

3、性能对比 3.1 由于开关磁阻电机定子和转子都有齿槽，气隙磁场畸变比较严重，相比永磁同步电机只有定子开有槽，开关磁阻转矩脉动和电磁噪音大很多。 3.2 自启动永磁同步电机转子有启动绕组，可以直接启动，而开关磁阻电机必须通过控制器才能启动，成本增加，而且需增加控制器安装空间。 3.3 开关磁阻电机由于转子没有安装永磁体，出力全靠定子绕组电流产生，不仅增加了定子绕组和逆变器的负担，也提高了逆变器功率要求，当然成本也会提高。 3.4 永磁同步电机额定效率达95%以上，且高效率区域很宽，而开关磁阻基本在90%左右，高效区也很窄，在负载比较低的工况下，耗电量比较高。 3.5 同功率、转速下，永磁同步电机可以做得比开关磁阻体积小、重量轻。 综上：与开关磁阻电机相比，永磁同步电机的优势更明显，特别是在负载不高的工况下，节能效果比较突出。

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。

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。

永磁同步电机的原理及结构

第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁 同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。

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。

永磁同步电机的原理和结构

WoRD文档可编辑 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流， 在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上 安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥 的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子 的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步 电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步 启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的 主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引起的磁阻转矩和单轴转矩等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过 程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，只有异步转矩是驱动性质的转矩， 电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为 主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体 脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现 转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。 一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图 1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入 式而言，各种结构都各有其各自的优点。

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

永磁同步电机的设计与温度场分析解释

永磁同步电机的设计与温度场分析解释 摘要：21世纪，科学技术飞速发展，高新技术不断涌现，节电、环保意识日益 增强，使得永磁同步电机发展的前途一片光明，尤其是高性能钕铁硼永磁同步电 机及其伺服系统，随其技术的快速发展和日渐成熟，结构型式将日趋多样化，也 将会赢得更为广泛的发展空间，获得更加广泛的应用。 关键词：永磁；同步电机；设计；温度场；分析解释 1 引言 近年来，永磁同步电机逐渐在各个领域得到广泛应用，日益成为人们生产和生活不可或 缺的一部分。永磁同步电机在运行的过程中会产生损耗，这些损耗会通过热量的形式逸散出来，使电机内部温度升高。随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和钕铁硼永 磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比， 永磁同步电机,特别是钕铁硼永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高效区宽广、功率密度高、节电效果明显的优点。 2大功率高速永磁同步电机的设计 2.1 主要设计特点 永磁同步电机的定子一般与相应的异步电机的定子冲片相同，最主要的是对转子的设计。本文设计的大功率高速永磁同步电机的使用场合较为特殊，对于这样的大电机要求运行可靠、大功率、高转速、高效率、防爆要求较高。所以不仅要设计合理的电磁磁路，又要在相应的 技术参数基础上(机、电、热、材料、工艺、环境)对电机的性能进行改善。 所以在设计过程中要综合以下方面综合考虑： 2.1.1 高压变频 高压变频起动永磁同步电机无需起动绕组，这样需要大功率的变频器来与之相匹配，同 样还要加强电气强度，提高安全系数。 2.1.2 大容量 电机为4级，定子额定电流约为660A，额定电压约为10kV,额定功率约为10MW，定子 绕组采用Y型连接方式，相数为3相，额定频率为160Hz，额定转矩为20kN?m 。 2.1.3 高转速 电机额定转速约为4800rpm，功率大、效率高、转速高，调速宽而且能满足S1工作制。 结合实际大功率高速永磁电机技术水平，合理选择永磁体的励磁方式，以及结构设计。 2.1.4 防爆 天然气是极易发生燃烧爆炸的气体，所以对电机要进行防爆措施，选择合适的材料以及 防爆等级。 2.1.5 冷却 中小功率电机一般是利用空气进行通风冷却，但随着单机容量的增加，大功率高速电机 的散热面积和风路安排受到诸多限制，使通风冷却较为困难。所以，为了保证电机温升不超 过允许值，需要用不同的冷却方式和通风系统。一般采用水风混合冷却，即内循环冷却采用 水冷，外循环冷却采用风冷。 3 永磁同步电动机的控制策略 任何电动机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电动机的主磁场 和电枢磁场在空间互差90°，因此可以独立调节；交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直， 互相影响。交流电动机的转矩控制性能较差。目前的永磁同步电动机的控制方式有矢量控制、直接转矩控制等方案。 3.1 矢量控制 高性能的交流调速系统需要现代控制理论的支持，对于交流电动机，目前使用最广泛的 当属矢量控制方案。自1971年德国西门子公司F．Blaschke提出矢量控制原理，该控制方案 就倍受青睐。 矢量控制的基本思想是：在普通的三相交流电动机上模拟直流电机转矩的控制规律，磁

工业机器人用永磁同步电机设计

工业机器人用永磁同步电机设计 发表时间：2019-04-24T15:50:16.983Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：于帅涛 [导读] 实验结果和仿真数据基本一致，验证了方案的可行性。本文设计方案已经应用在某工业机器人用电机中。 摘要：伴随着我国现代化的飞速发展，国内的先进科学技术也随之逐渐增强。机器人用永磁同步电机要求具有高转矩倍数、高效率和低转矩脉动等特性。通过分析电机的技术要求，确定了该电机的基本尺寸参数。用有限元分析软件对电机进行分析和仿真。对常用的永磁电机的槽极配合进行分析，选择最佳的槽极配合。采用不等厚永磁体结构，对电机的齿槽转矩进行优化。设计了大小圈绕组结构，有效地提高了电机的效率。为工业机器人用永磁同步电机的设计和改进提供了一种设计的方法。 关键词：工业机器人；永磁同步电机；设计 引言 永磁同步电机采用永磁体为励磁，大大减轻了电机的体积和质量，在工业机器人上有很好的应用空间。而工业机器人同样也给永磁同步电机提出了更严苛的要求。本文针对的是面向机床自动化生产的机器人用电机，要求电机过载倍数要有3.3倍，电机效率也要求较高；同时电机的转矩脉动也要保持在较小的水平。 1永磁同步电机概述 1.1永磁同步电机 众所周知，电机是将电能转化为机械能的设备，但这种能量的转换需要建立磁场，异步电机建立磁场的能量需从电网吸取，需励磁电流、励磁绕组，而永磁电机由永磁材料产生磁场，无需励磁电流，这就是永磁电机。 1.2永磁同步电机优点 转速恒定。转速与电机频率保持恒定，为同步转速，可简化空载系统。功率因数高。通过合理设计能达到极限值1.0。效率高。正常运转时，转子无绕组铜耗；高功率因数，可使定子电流较小，定子绕组铜耗小。起动力矩大。温升低。 1.3永磁同步电机节电的机理 定子铜耗变化原因是定子电流减少，I2R减少；转子铜耗的变化原因是永磁电机同步运转，无滑差；定子铁耗的变化原因是永磁电机采用了低损耗矽钢片；转子铁耗的变化原因是永磁电机同步运转，无滑差；励磁铜耗的变化原因是励磁动率电磁钢提供；杂散损耗的变化原因是永磁电机单边气隙大；风摩损耗的变化原因是永磁电机温升低，可使用节能风扇。由于永磁同步电机各种损耗的明显减少，导致永磁同步电机效率的提高，因此永磁同步电机相对于异步电机实实在在地在节能。 1.4永磁同步电机与异步电机能效等级的对比 永磁同步电机可达到一级能耗，异步电机最多可达到二级能耗，一般为三级或四级能耗。 1.5异步电机和永磁同步电机可能达到的能效等级 异步电机能达到能效二级，欲达到能效一级就十分困难；而永磁同步电机能达到能效一级（IE4）。经过努力，采取必要的技术措施，永磁同步电机能效限定值达到IE5也是有可能的，所以永磁同步电机将成为我国电机行业节能减排、能效提升的龙头产品，应用将越来越广泛。 1.6永磁同步电机的上游技术业已成熟 我国稀土资源丰富，稀土矿的储量占世界储量的80%，居世界首位。稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平，实现了产业化充分发挥我国稀土资源丰富的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种节能电机，将资源优势转化为经济优势，具备了前提性条件和基础。 2工业机器人用永磁同步电机的设计 2.1电机尺寸的选择 电机的主要尺寸可由所需要的最大转矩和动态响应指标确定。永磁同步电机的最大转矩、电磁负荷和主要尺寸满足下面的关系： 式中：Bδ１为气隙磁密基波幅值；Lｅｆ为电机的铁心长度；A为电机的电负荷。 由于面向机床自动化生产的机器人机械手臂关节的限制，电机的外径和长度只能在较小的范围内选择。参照相同功率永磁电机的外径，最终电机选择了定子外径为123mm，铁心长度为55mm。由上可知，随着电机气隙磁密的增大，只需要较小的电负荷就能满足电机最大转矩的要求，所以本文选用了高性能钕铁硼永磁体材料，其气隙磁密最高达0.85T，电负荷取180A/cm。 2.2槽极配合的选择 本文从市面上成熟的常用永磁电机的槽极配合入手，选择１０种不同的槽极配合，即9/6，18/6，36/6，12/8，18/8，24/8，36/8，48/8，12/10，15/10，分析比较筛选出最合适的槽极配合。已有学者研究了不同的槽极配合的磁动势谐波不一样。而气隙磁密谐波含量的增加会使电机的性能变坏，直接影响电机的振动和电机的噪声。 永磁电机的特殊结构会引起电机固有的齿槽转矩，会使电机的转矩波动增大。但这是无法消除的，只能最大程度地削弱。齿槽转矩的变化是有规律的，在一个齿距的范围内，定子和转子相对位置的变化周期主要受电机的极数和槽数影响。合理地选择极数和槽数组合，能使电机在一个齿距内齿槽转矩的变化周期数增大，这样就可以明显地减小电机齿槽转矩。电机的一个齿距周期变化范围内的周期数越大，电机的齿槽转矩就越小。 2.3转子磁路结构的选择 永磁体在电机转子内部的称为内置式，永磁体在转子外部的称为表贴式。内置式的永磁体嵌在转子铁心中，加工难度较大；而且电机绕组端部的漏磁系数较大，需要特别的隔磁处理，但永磁体结构牢固，适合应用在转速较高的电机之中。表贴式的永磁体结构较为简单，易进行于对形状要求更高的加工，易于实现电机气隙磁场的优化设计。本文采用表贴式的永磁体转子结构。采用表面凸式的转子磁路，其

1.永磁同步电机设计课题背景及研究的目的和意义

课题背景及研究的目的和意义（环境问题—国家政府支持---课题的可实现必要性）伴随着汽车工业的迅猛发展，根据中国有关部门的统计数据，截至2012 年6 月底，全国机动车总保有量达2.33 亿辆，仅次于美国位居世界第二，在未来的10 年时间里，我国将成为世界上最大的汽车消费国。巨大的汽车保有量使我国无法依赖任何一种单一的能源，然而，汽车尾气的排放对环境造成的极大危害将极大地制约我国经济健康发展；在这种背景下，大力发展新能源汽车，使用电能代石油，是解决我国环境问题的必然要求，也是保证国家能源安全的重要战略措施。电动汽车是新能源汽车中的主力军，发展电动汽车是解决能源问题以及环境问题的必然要求，也是当下世界各国大力扶持的重点。 挪威电动车市场发端于2010年，走在奥斯陆的街头随处可见的电动车，他们都已经是寻常的代步工具。在挪威购买电动车免征登记税和增值税，也不征收过路税；在美国，政府对电动汽车产业的支撑早已形成了体系，奥巴马总统上任以后，积极推动新能源汽车的发展，拨款24亿美元用于电动汽车的研发，成为美国有史以来在电动汽车领域做出的最大投资；在法国，电力来源中核电占了将近80%。旅游行业是法国的一大经济支柱，发展电动汽车，用核电驱动汽车，既可以减少能源依赖，又可以保护环境，政府在电动汽车购买补贴方面的大力支持，另外充电桩的覆盖率在世界上数一数二。早在20世纪70年代日本政府就已将电动车的发展列入汽车工业的产业规划，并且为电动车发展制定了诸如建设和改造充电站、研 能与高性能的电机驱动技术可以最大限度地展现电动汽车的节能优势。目前，一次充电的续驶里程问题和制造运行成本问题已经成为制约电动汽车发展的关键问题，因此，使用高效的电动机与电动机驱动系统是电动汽车发展的极为重要的方向。与其他电动机相比，永磁同步电动机具有更高的效率，更高的功率密度和更高的控制精度，在最新的电动汽车中有着极为广泛的应用，是目前世界各国电动汽车驱动电机研究的热点。我国稀土资源储备丰富，总储量是世界其他国家储量总和的四倍，这使得我国使用稀土永磁同步电机具备了一个天然优势，同时，永磁同步电机研究与在电动车上的广泛应用也将极大地提高我国稀土出口的附加值。然而，目前新能源汽车驱动用电机的设计方法还不够成熟，永磁同步电机的设计过程中还存在着许多问题。