永磁电机设计—永磁体的选择（3）

上篇指出，对于常规表贴式电机，忽略饱和与漏磁，在永磁体厚度近似为气隙长度5倍时，气隙磁密达到“膝点”，选取该厚度，能得到较高的气隙磁密。本节前半部分讲述如何饱和与漏磁，后半节说一说磁极优化。

首先是考虑饱和与漏磁后的磁路。在5倍气隙长度下，气隙磁密标幺值近似为0.75，以N38UH为例，其剩磁密度Br为1.23T，此状态下，气隙磁密为Bg =1.23*0.75 =0.9225T，该部分磁密完全进入定子齿，定子齿磁密会接近1.8T，饱和程度较高。此时铁心磁阻对磁路影响较大，不能够忽略。

下面给出考虑饱和后的流程步骤。

1.不考虑饱和与漏磁，根据永磁体厚度与气隙长度，计算此时的气隙磁密标幺值K，进而计算气隙磁密Bg。

2.选1/2定子齿位置P，计算此处齿距与齿宽的比值k，该处的磁密即为Bg*k。

3.P处的磁密近似为整个齿的磁密，参照B-H和B-ur曲线（如图2所示），选择与之相对应的相对磁导率，进而计算整个齿磁阻。

图2 30ZH105 BH曲线

（关注后，后台发送BH曲线即可领取相应PDF文件）

4.定子轭部与转子轭部磁通，直接用（每极磁通/轭部宽度）粗略计算即可。分别计算各种磁阻。

5.根据计算结果，得到定子磁阻Rs与转子磁阻Rr，代入上节给出的等效磁路图，得到新的气隙磁密标幺值K’。

6.重复1-5步骤，直到新的标幺值与上次计算结果误差满足需求即可。

该步骤是纯粹的迭代计算，可编写相对应的计算程序来代替人工计算。此外，为了减小迭代次数，步骤1中输入的标幺值可取最近两次标幺值的平均值代入计算。

如果最终磁密计算结果与目标磁密偏差较大，需要改变磁钢厚度，重新计算。

通过上述过程，就能在永磁体设计过程中，将饱和效应考虑进来。至于漏磁部分，对于表贴式永磁电机，其漏磁系数非常小，对磁路的影响可以忽略不计。

下面简单讲一下永磁体的优化

根据不同的优化目标，比如齿槽转矩、输出转矩、气隙磁场等，永磁体形状有着不同的优化方法。接下来仅介绍表贴式永磁电机，以正弦气隙磁场为优化目标的方法。

从实现方法来讲，主要分为两种：一种是改变永磁体的分布，一种是对永磁体产生的磁场进行调制。

改变永磁体分布就是的改变一个极下磁动势均匀分布状态，使其沿着转子圆周正线排列。简单地讲，就是中间高，两头低小。常见的有这样几种方式：

1.永磁体偏心，如图2所示。

图2 偏心永磁体

2.不等厚磁钢，如图3所示

图3 不等厚永磁体

3.等厚不同材料

图4 等厚不同材料

4. 脉宽调制排列

图5 脉宽调制排列

从图2到图5可以看出，更改永磁体磁动势分布时，永磁体或是需要特殊加工，或是需要特殊排列，无疑会增加生产成本。通过调制永磁体的磁场，能够解决该问题。分别如图6和图7所示。

图6 不均匀气隙型磁场调制

图7 PWM型磁场调制

不同方法各有其优缺点，实际应用时要注意甄别。