摘 要：稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)是一種超高效節(jié)能電機(jī)。稀土永磁同步電機(jī)有損耗小、效率高、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行好等特點(diǎn)。因此應(yīng)用前景非常廣闊，但是如果沒(méi)有合理設(shè)計(jì)方案、得體的工藝技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的電磁材料，也不會(huì)生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。在稀土稀土永磁電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該首先滿足其所要達(dá)到的性能指標(biāo)，降低使用的成本，只有提升使用效率，降低成本，才能達(dá)到設(shè)計(jì)需求。文章根據(jù)目前此種電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，進(jìn)行了一定的改進(jìn)，并將其進(jìn)行優(yōu)化，也在文章中具體討論了此類電動(dòng)機(jī)的性能特征以及設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；永磁體

引言

在日益嚴(yán)重的能源短缺的背景下，不斷進(jìn)行新的技術(shù)開發(fā)，提升電動(dòng)機(jī)的使用效率已經(jīng)成為了很多國(guó)家希望達(dá)成的重要目標(biāo)。稀土永磁高效電機(jī)在使用效率方面遠(yuǎn)勝于其他類型的發(fā)電機(jī)，在稀土永磁高效電機(jī)投入使用以后，其就以各種使用指標(biāo)穩(wěn)定吸引了各國(guó)的眼球，在國(guó)際市場(chǎng)上具有相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)能力，我國(guó)稀土資源居世界第一位，應(yīng)該充分利用這一優(yōu)勢(shì)，對(duì)此種發(fā)電機(jī)進(jìn)行推廣使用，此舉對(duì)處于發(fā)展中的中國(guó)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 稀土永磁高效電機(jī)和異步動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的不同之處

稀土永磁高效電機(jī)的設(shè)計(jì)建立在異步電機(jī)基礎(chǔ)之上，不同之處在于其將轉(zhuǎn)子邊鼠籠內(nèi)側(cè)鑲?cè)胂⊥龄?，與異步動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)相比，勵(lì)磁電流以及內(nèi)部的轉(zhuǎn)子上的金屬使用量（銅、鐵）等使用量降低，無(wú)功電流減少，提升了電機(jī)的使用效率，設(shè)備的使用溫度降低。并且，與普通的勵(lì)磁電機(jī)比較，降低了摩擦，使整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。

2 提升電機(jī)功率的若干措施

2.1 利用空截反電動(dòng)勢(shì)與因數(shù)之間的曲線關(guān)系

普通的電動(dòng)機(jī)定子上的電流I1和If在平面直角坐標(biāo)系上是一條“V”型的曲線，如我們保持其他的參數(shù)不發(fā)生變化，只改變磁體的性能和用量，那么此時(shí)定子電流I1=fE0的曲線同樣是一個(gè)V形曲線，因此，在這種情況下，我們給予空載反電動(dòng)勢(shì)E0一個(gè)合適的值，以此來(lái)提升電動(dòng)機(jī)的使用效率，整個(gè)方案實(shí)施的關(guān)鍵在于合理賦予E0的值。根據(jù)我們經(jīng)常用到的電動(dòng)勢(shì)方程，我們可以清楚的得到電動(dòng)勢(shì)的變化和負(fù)載電流變化的關(guān)系，通過(guò)控制E0的值而提高功率因數(shù)，從而提高其效率。

2.2 通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)

永磁同步電動(dòng)機(jī)一般按照永磁體位置的不同分為三類，分別為表面式，爪極式以及內(nèi)置式，內(nèi)置結(jié)構(gòu)式又可以進(jìn)一步分為切向式，徑向式和混合式，電機(jī)使用的形式應(yīng)該按照極數(shù)以及電機(jī)功率進(jìn)行具體確定，在此基礎(chǔ)上，也要考慮到材料的成本以及工藝難度，文章提及的稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)主要就是采用的內(nèi)置式的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有其自身的特點(diǎn)，即永磁體固定在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，永磁體表面與定子鐵芯內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中可以放置鑄鋁籠或鋼條籠，阻尼作用明顯，整個(gè)電機(jī)的穩(wěn)定性極好，此種結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 電機(jī)內(nèi)部永磁體的選擇原則

稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行磁體選擇時(shí)應(yīng)該遵循以下原則：第一，保證氣隙磁場(chǎng)以及性能指標(biāo)；第二，保證工作狀態(tài)下磁性的穩(wěn)定性；第三，保證裝配合理和機(jī)械強(qiáng)度；第四，性價(jià)比較高。以上述的原則來(lái)確定牌號(hào)，并通過(guò)調(diào)整此題的尺寸來(lái)調(diào)整電動(dòng)勢(shì)的大小，從而降低無(wú)功消耗，降低使用成本。

2.4 調(diào)整繞組的匝數(shù)和鐵芯的長(zhǎng)度

單純的從功效上看，增加匝數(shù)和增加鐵芯的長(zhǎng)度殊途同歸，但是兩者也存在一定的區(qū)別，增加繞組的匝數(shù)能夠?qū)е耎ad和Xaq的增大，他會(huì)使得電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力降低，因此，此種方法的使用有一定的局限性，需要符合一定的前提條件。

2.5 氣隙長(zhǎng)度的選擇

在進(jìn)行氣隙長(zhǎng)度選擇時(shí)，一般通過(guò)降低氣隙的長(zhǎng)度來(lái)提升功率，但是降低或者減少的長(zhǎng)度要進(jìn)行控制，否則會(huì)有多種不良的后果。采用此種方法時(shí)，一般會(huì)增加雜散的消耗，提升裝配難度增加電磁的噪聲，因此，在實(shí)際的操作過(guò)程中，應(yīng)按照相應(yīng)的規(guī)格調(diào)整氣隙長(zhǎng)度。

3 定、轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的尺寸確定工作之后，接下來(lái)是進(jìn)行電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計(jì)，此類設(shè)計(jì)可以參照一般的電機(jī)進(jìn)行，如果條件允許，可以直接利用異步電機(jī)定子沖片。

普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子類型極為相似，都是使用的類似的槽型轉(zhuǎn)子，在稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)中，鼠籠條的作用僅僅是啟動(dòng)，但是卻不能在同步時(shí)起到作用，因此，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)該選擇深槽或者圓形槽或者凸形槽。當(dāng)然，其他類型的槽口也有不同的作用，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)也根據(jù)其類型的不同選擇而不盡相同，對(duì)于小型的稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)可以使用梨形槽或者梯形槽。不同的槽口作用不同，對(duì)于稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的影響也有大有小，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中閉口槽可以減小雜散的損耗減小槽齒效應(yīng)，對(duì)于稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用功率影響不大，因此在稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)使用閉口槽也是不錯(cuò)的選擇。眾所周知，轉(zhuǎn)子槽的最重要的作用在于啟動(dòng)電機(jī)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)為了節(jié)省材料和預(yù)留空間，在確定轉(zhuǎn)子槽類型時(shí)，應(yīng)該不能讓電動(dòng)機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)的特性曲線陡度過(guò)小，不然就會(huì)很難達(dá)到電動(dòng)機(jī)牽入同步能力的指標(biāo)，因此，這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽也不能開的過(guò)淺或者過(guò)窄。

4 稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁體的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)的尺寸包括三個(gè)方面，主要是軸向的長(zhǎng)度和寬度，在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中，永磁體的長(zhǎng)度一般不應(yīng)長(zhǎng)于鐵芯軸的實(shí)際長(zhǎng)度，因此，只需要進(jìn)行兩兩個(gè)永磁體的設(shè)計(jì)即可，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：第一，hM（軸向長(zhǎng)度）在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證直流的電抗合理，保證Xad不發(fā)生大的變化，從而不影響電動(dòng)機(jī)的整體性能。第二，hM（軸向長(zhǎng)度）不能過(guò)小，如果hM太薄，會(huì)使永磁體的廢品率提升，間接地提升了整個(gè)設(shè)計(jì)的成本，在運(yùn)輸和裝配上也存在一定的問(wèn)題。第三，hM（軸向長(zhǎng)度）不能過(guò)小，永磁體太薄容易使永磁體的磁性消失，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證其厚度在最佳的工作點(diǎn)，在調(diào)整電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可以依靠調(diào)整bM（永磁體寬度）的長(zhǎng)度進(jìn)行確定，bM決定了永磁體所提供的磁通量的面積，當(dāng)負(fù)荷較高時(shí)，應(yīng)該安裝較多的永磁體。

永磁體的尺寸對(duì)于電動(dòng)機(jī)的影響很大，其中對(duì)于電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能以及電動(dòng)機(jī)中的永磁體系數(shù)影響最大，決定了整個(gè)磁體的利用率。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果以及多組重復(fù)性實(shí)驗(yàn)可知，永磁體的尺寸變大，空載漏磁系數(shù)就越低，由此，可以推導(dǎo)出永磁體的設(shè)計(jì)尺寸。

5 電樞繞組設(shè)計(jì)

與一般的異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)無(wú)二，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)也采用了單層連式，單層同心式等。在實(shí)際的使用過(guò)程中經(jīng)常采用雙層的正弦繞組來(lái)進(jìn)行波形的改善和損耗的降低。在電動(dòng)機(jī)中，由于永磁體勵(lì)磁，造成氣隙磁場(chǎng)諧波較多，對(duì)電動(dòng)勢(shì)有一定的影響。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用丫接的雙層短距繞組以避免電動(dòng)機(jī)繞組中產(chǎn)生環(huán)流，并削弱電動(dòng)勢(shì)諧波。

6 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的非線性規(guī)劃問(wèn)題，設(shè)計(jì)要考慮多種因素以及各個(gè)方面的復(fù)雜性，但是，它在很多的方面還存在著不足，沒(méi)有得到解決，尤其是關(guān)于尋求電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全局問(wèn)題，已成為困擾技術(shù)人員的最大問(wèn)題之一，用傳統(tǒng)的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，無(wú)法從根本上解決這一問(wèn)題，因此，還需要技術(shù)人員考慮更多因素來(lái)尋求獲得電磁同步電機(jī)最優(yōu)化的方法。

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