浅析永磁同步电机的设计和构造

由于其紧凑性和高扭矩密度，永磁同步电机在许多工业应用中得到了广泛的应用，特别用于高性能驱动系统，如潜艇推进系统。永磁同步电机无需使用滑环进行励磁，从而降低了转子的维护和损耗。永磁同步电机效率高，适用于高性能驱动系统，如工业中的数控机床、机器人和自动生产系统。通常，永磁同步电机的设计和构造必须同时考虑定子和转子结构，以获得高性能电机。

永磁同步电机的构造

气隙磁通密度：根据异步电机设计等确定，永磁转子的设计和使用开关定子绕组的特殊要求技巧此外，假设定子为开槽定子。气隙磁通密度受到定子铁芯饱和的限制。尤其是峰值磁通密度受轮齿宽度的限制，而定子背面决定了最大总磁通。此外，允许的饱和水平取决于应用。通常，高效电机的磁通密度较低，而设计用于最大扭矩密度的电机的磁通密度较高。气隙磁通密度峰值通常在0.7–1.1Tesla范围内。应注意，这是总磁通密度，即转子和定子磁通的总和。这意味着如果电枢反作用力较小，意味着对准扭矩较高。然而，为了实现较大的磁阻转矩贡献，定子反作用力必须很大。机器参数表明，主要需要大m和小电感L来获得对准扭矩。这通常适用于低于基本速度的运行，因为高电感会降低功率因数。

永磁材料：

磁铁在许多设备中起着重要作用，因此，改善这些材料的性能非常重要，目前，人们的注意力集中在基于稀土金属和过渡金属的材料上，这些材料可以获得具有高磁性的永磁体。根据技术的不同，磁铁具有不同的磁性和机械性能，并表现出不同的耐腐蚀性。钕铁硼（Nd2Fe14B）和钐钴（Sm1Co5和Sm2Co17）磁体是当今最先进的商业化永磁材料。在每一类稀土磁体中都有广泛的各种等级。钕铁硼磁体于20世纪80年代初开始商业化。它们广泛存在今天在许多不同的应用中使用。这种磁铁材料的成本（按每种能源产品计算）与铁氧体磁铁的成本相当，按每公斤计算，钕铁硼磁体的成本大约是铁氧体磁体的10到20倍。

用于比较永磁体的一些重要特性是：剩磁（Mr），它测量永磁体的强度磁场，矫顽力（Hcj），材料抗退磁的能力，能量积（BHmax），密度磁能；居里温度（TC），温度材料失去磁性时。钕磁体具有更高的剩磁、更高的矫顽力和能量积，但居里温度通常较低类型，钕与铽和镝在为了在高温下保持其磁性。

永磁同步电机设计

在永磁同步电机（PMSM）的设计中，永磁转子的构造基于三相感应电机的定子框架，不改变定子和绕组的几何形状。规格和几何形状包括：电机的速度、频率、极数、定子长度、内外直径、转子槽数。永磁同步电机的设计包括铜损耗、反电动势、铁损和自感和互感、磁通、定子电阻等。

自感和互感的计算

电感L可以定义为磁链与产生磁通的电流I的比率，单位为亨利（H），等于韦伯每安培。电感器是用来在磁场中储存能量的装置，类似于电容器在电场中储存能量。电感器通常由线圈组成，通常缠绕在铁氧体或铁磁芯上，其电感值仅与导体的物理结构以及磁通通过的材料的磁导率有关。

查找电感的步骤如下：1、假设导体中有电流I。2、使用毕奥-萨伐尔定律或安培环路定律（如果有）确定B足够对称。3、计算连接所有回路的总通量。4、将总磁通乘以回路数，得到磁链，通过对所需参数的评估，进行永磁同步电机的设计。

研究发现，采用钕铁硼作为交流永磁转子材料的设计提高了气隙中产生的磁通，导致定子内半径减小，而采用钐钴永磁转子材料的定子内半径较大。结果表明，钕铁硼中的有效铜损耗降低了8.124%。对于作为永磁材料的钐钴，磁通量将是一个正弦变化量。通常，永磁同步电机的设计和构造必须同时考虑定子和转子结构，以获得高性能电机。

结论

永磁同步电机(PMSM）是一种利用高磁性材料进行磁化的同步电机，具有效率高、结构简单、易于控制等特点。这种永磁同步电动机在牵引、汽车、机器人和航空航天技术等多个领域都有应用，永磁同步电机的功率密度高于相同额定值的感应电机，因为没有专门用于产生磁场的定子功率。目前，永磁同步电机的设计不仅要求功率更大，而且要求质量更低、转动惯量更小。

编辑：黄飞