高海博++王亮

摘 要：永磁同步電動機技術在節(jié)約能量以及運作效率上具有十分優(yōu)異的特點，對于這一技術的應用以及覆蓋國防、航空航天及日常的農業(yè)、工業(yè)生產領域中，因此對于其技術的改革和提高具有重大的意義。隨著我國的經(jīng)濟水平的不斷提高，傳統(tǒng)的永磁同步電動機技術的理念與設計理論以及無法滿足迅速增長的需求，尤其是在高性能的電機中的應用，因此本文將就以上問題提出解決方案。

關鍵詞：永磁同步電動機；磁場數(shù)值計算；綜合匹配設計

我國的工業(yè)產業(yè)中，電動機在生產過程中扮演的角色十分重要，據(jù)統(tǒng)計表明，在我國的各類電動機系統(tǒng)總裝機的容量超過七億千瓦，其耗電量占據(jù)了全國發(fā)電量的百分之六十。但如此廣泛的應用并不意味著我國的相關技術就達到了成熟，實際上，我國的電機平均效率相比發(fā)達國家還要低三到五個百分點，運行效率更是差了十到二十個百分點，而這部分的電能浪費接近了兩千億千瓦時，因此我們應當采取措施，改進永磁同步電動機的工藝技術，從而提高其運行效率，減少能源損耗。

一、永磁同步電動機在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）永磁同步電動機的分類與發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)運動軌跡的不同，永磁同步電動機被分為直線永磁同步電動機和旋轉永磁同步電動機；根據(jù)工作電源種類的不同，永磁同步電動機被分為永磁直流電動機和永磁交流電動機；根據(jù)有無電刷和換向器的部分，永磁同步電動機被分為有刷電動機和無刷電動機；根據(jù)定轉子結構位置的區(qū)別，可分為外轉子電動機和內轉子電動機；根據(jù)氣隙磁通方向的區(qū)別，被分為徑向磁通電機、橫向磁通電機和軸向磁通電機；而根據(jù)起動和運行方式的不同，可以分為自起動永磁同步電動機和調速永磁同步電動機等。本文將主要探討我國應用最為廣泛的三種永磁同步電動機，分別是：永磁直流（有刷）電動機、調磁永磁同步電動機和異步起動永磁同步電動機。

電動機節(jié)能目前有兩種方法：第一種是通過對運行控制方式的優(yōu)化而改善電機在不同負載情況下的運行性能；第二種是對電機本身的結構做出改變和優(yōu)化，提出新的設計理念從而在整體上增強電機的性能。

而在節(jié)能方面有著突出表現(xiàn)的是永磁電機，永磁電機通過永磁體產生磁場，不需要勵磁繞組和勵磁電源就可以實現(xiàn)其功能，具有結構簡明、能耗低、效率高、功率密度高的特點。近年來，隨著對稀土永磁材料的不斷研究和實驗，永磁同步電動機迎來了技術上的革新。這與我國本身是一個稀土資源儲量豐富的國家有著不可分割的關系。結合居于世界首位的稀土永磁礦產的外部優(yōu)勢，投入人力與資金，近年來在永磁電機和永磁材料的研究方面都取得了不可小覷的成績。

（二）永磁同步電動機的設計分析方法簡述

永磁同步電動機的設計分析方法主要分為三個大類，分別是基于“路”、基于“場”和基于“路與場的結合”的思路來進行設計，具體有等效磁路法、等效磁網(wǎng)絡法、電磁場解析法和數(shù)值計算法，除此之外還有由電磁場計算而發(fā)展而來的多種分析方法。

永磁直流（有刷）電動機與電勵磁直流電動機的原理相類似，在結構上將勵磁繞組和磁極鐵心換成了永磁磁極，除了具有機構簡單、工藝簡便、體積較小、效率較高的特性以外，還具有良好的調速特性和機械特性。電磁直流電動機更多地被運用于小功率的場合中，如家用電器、電動工具、汽車電子設備等等都大量使用了這種電動機，相比電勵磁電動機，電磁直流電動機的效率高出百分之十到二十，且成本更為低廉。

調速永磁同步電動機有變頻電源供電，可用于開環(huán)的變頻調速系統(tǒng)，能夠在穩(wěn)定運行的同時與電源頻率保持較為恒定的關系。另外，調速永磁同步電動機不需要電刷和換向器，結構簡單、維護工作方便，且具有高效率和高功率因數(shù)的優(yōu)勢。

異步啟動永磁同步電動機，又稱為自起動永磁同步電動機。其原理是將永磁體放置在電動機的轉子上，依靠籠型轉子繞組產生的異步轉矩達到自起動的效果。起動之后，轉子繞組不再工作，電動機以同步轉速繼續(xù)運行。

（三）永磁同步電動機設計分析中的關鍵技術概述

本體設計方面最重要的就是轉子磁路，它對電動機的性能起到了決定性的作用。對于磁路的設計主要包括對永磁體安裝尺寸的選擇，還有隔磁橋、轉子鼠籠槽。通風孔等結構的合理設計，可以有效提高電動機的運作效率、功率密度和過載能力。并且可以得到較好的起動和運轉性能。想要做到這些需要綜合考慮永磁體的用量、漏磁系數(shù)、電抗和電感等參數(shù)等多種方面。

永磁體使用的數(shù)量與電機中的磁動勢的大小之間相關，決定了相同體積下電動機所能夠達到的容量。一般來說，永磁體的數(shù)量越大，電機的功率密度就越高。但是，在轉子上放置的永磁體能夠達到的體積是有限的，尤其在內置式機構中，轉子沖片的各個部分的機械強度的區(qū)別需要被考慮到。如果是需要安裝鼠籠繞組的轉子，永磁體的安裝還需要考慮到轉子槽的空間。如果是轉子鐵心設計了通風孔或通風道的電動機，對于永磁體的安置的難度更高。另外，永磁體的成本較高，因此處于經(jīng)濟性的因素，在能夠滿足電動機正常運作的情況下，應當盡量減少永磁體的用量。

減少永磁體用量的有效方法之一就是減少電動機的漏磁現(xiàn)象。通常來說，電動機的漏磁系數(shù)越小，對于永磁體的利用率就越高，但也存在可能會影響到永磁體的抗去磁性，對電樞反應分流作用不明顯等問題。因此對于漏磁系數(shù)的選擇要綜合考慮到各項因素才能夠決定。

綜上所述，要想得到高效節(jié)能的永磁同步電動機，就要全方位考慮會影響到轉子磁路的多個因素，在多個參數(shù)之間進行取舍，從而達到效益最大化的平衡點。

二、結束語

隨著我國整個工業(yè)行業(yè)的轉型與發(fā)展，節(jié)能高效的電機技術越來越被企業(yè)與行業(yè)所需要，我們不僅應該重視產業(yè)的經(jīng)濟效益的輸出，更應該關注環(huán)境與資源的現(xiàn)狀。只有構建環(huán)境友好型、資源節(jié)約性的可持續(xù)發(fā)展社會，才能保證企業(yè)與產業(yè)的良性發(fā)展，因此對永磁同步電動機的研究就變得格外重要。我們相信，隨著研究的不斷深入，這一領域的技術一定會變得越來越成熟、完善的。

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