第二章 PMSM的基本理论和设计特 点
2.1 PMSM的结构特点
按照永磁体在转子上的位置不同，永磁同步电 动机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、 内置式和爪极式。 表面式 这种结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子 铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向， 且永磁体外表面与定子铁心内圆之间一般仅套以 起保护作用的非磁性圆筒，或在永磁磁极表面包 以无纬玻璃丝带作保护层。
第一章 绪论
1.1 课题背景及实际研究意义
我国电动机保有量大，消耗电能大，设备老化，
效率较低。 永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、 功 率因数高、起动力矩大、力能指标好、温升低 等特点。 永磁同步电动机磁路结构复杂，传统设计方法无 法满足高性能永磁同步电动机的发展需求。 现代计算机技术的发展使得电磁场的研究成为永 磁同步电动机的新方法。
第二章 PMSM的基本理论和设计特 点
2.3 设计特点
永磁同步电动机电磁设计的主要任务是确定电 机主要尺寸、选择永磁体材料和转子磁路结构、估 算永磁体的尺寸、设计定转子的冲片和选择绕组数 据，然后利用有关的公式对初始设计方案进行性能 校核，调整电动机的某些设计参数，直至电动机的 电磁设计方案符合技术经济指标要求。 主要尺寸及气隙长度的选择 2 由电动机的功率和转速可选定电动机的 D i 1 L e f ，然 后凭经验选取一定的主要尺寸比 D i 1 / 1 ，得出电动机 的主要尺寸 。 气隙长度参照相同规格或近似规格的感应电动机 的气隙长度，并加以适当的修改。
第二章 PMSM的基本理论和设计特 点
表面式转子磁路结构又分为凸出式和插入式两 种。
凸出式 插入式 特点：隐极，结构简单， 特点：凸极，磁阻转矩， 动态性能好，漏磁大，成 成本低，转动惯量小 本高本低
第二章 PMSM的基本理论和设计特 点
内置式
按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内 置式转子磁路结构又可以分为径向式、切向式和混 合式三种。 径向式：漏磁系数小，不需隔磁措施，极弧系数易 控制，转子强度高，永磁体不易变形。 切向式：漏磁系数大，需隔磁措施，每极磁通大， 极数多，磁阻转矩大。 混合式：结合径向式和切向式优点，结构和工艺复 杂，成本高。
基于ANSYS的永磁同步 电动机设计系统
报告人：杨振华 导 师：胡虔生 周建华 单位：东南大学电气工程学院
主要内容
一、绪论 二、永磁同步电动机的基本理论和设计 特点 三、永磁同步电动机的有限元分析 四、永磁同步电机软件对ANSYS的封装 五、永磁同步电动机设计系统 六、样机的设计、制造与实验 七、总结与展望
第一章 绪论
1.4 本文的主要研究内容
本文采用场路结合法，借助于有限元计算软件A NSYS和程序设计语言C++，编写了一套较完整的 永磁同步电动机设计分析软件系统。功能如下： 具有友好的人机界面和方便的数据库管理系统。 具有三种磁路结构的计算方案 建立了ANSYS和C++设计程序的接口，有效地 实现了场路结合法。 提供各种图形和表格供设计人员参考。 本文设计了样机并进行了实验，验证了本设计系 统的准确性，同时也积累了工程设计经验。
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右图为感性去磁作用下的相量图， 稀土永磁同步电动机的额定工作状 态一般都设计在此状态下。
第二章 PMSM的基本理论和设计特 点
功角特性
稀土永磁同步电动机的 X q X d ，其功角特性与电 磁式同步电动机有明显的差异，如下图所示。其凸 极效应转矩在 0°~90°范围内呈现负值，最大功角 大于 90°，额定功角相对较大，甚至会在原点附近 出现一个不可实现的“回环”。
第一章 绪论
1.2 永磁同步电动机的发展及研究现状
发展：
1831年出现了世界上第一台永磁电机。 永磁同步电动机是随着永磁体材料的不断发展而 发展的。直到第三代稀土永磁材料的问世，永磁 电机得到了飞速发展。 研究现状： 国外：80年代、90年代出现了大量永磁同步电动 机理论和研究方法的文章。 国内：80年代起，以唐任远的《现代永磁电机理 论和设计》和李钟明的《稀土永磁电机》 为代表。基本理论和设计特 点
效率
与电磁式同步电动机相比，稀土永磁同步电动机 无励磁铜损耗；与异步电机相比，稀土永磁同步电 动机转子无铜损耗。 工作特性曲线 计算出电动机的 E0 、 Xd 、 Xq 和 R1 等参数后，给 定一系列不同的转矩角 ，便可求出相应的输入功 率、定子相电流和功率因数等，然后求出电动机的 损耗，便可得到电动机的输出功率P2和效率 ，从 cos 和I 1 等）与 而得到电动机稳态运行性能（P、、 输出功率P2之间的关系曲线，即电动机的工作特性 曲线。
第一章 绪论
目前来说，国内外对永磁同步电机的研究主要在 以下几个方面： 结构设计研究 优化设计 磁场分析计算和数值方法的研究 测试技术的研究 调速系统的研究
第一章 绪论
1.3 永磁同步电动机的设计方法
用于永磁同步电动机电磁性能分析的方法主要有 以下三种： 等效磁路法 简单快速，采用大量经验数据或曲线，设计周期 长，精确度不高。 电磁场数值计算法 精度高，占用计算机资源较多，时间较长。 场路结合法 结合了等效磁路法和电磁场数值计算法的优点。
第二章 PMSM的基本理论和设计特 点
下图是一种W型的混合式转子磁路结构，其永磁 体的径向部分和切向部分的磁化长度相等，也采用 了隔磁磁桥隔磁。在该结构中，转子可为安放永磁 体提供更多的空间，空载 漏磁系数也小，但制造工 艺更复杂，转子冲片的机 械强度也下降。
第二章 PMSM的基本理论和设计特 点
2.2 PMSM的稳态性能
相量图
根据永磁同步电动机的电路模型，当电动机稳定 运行于同步转速时，根据双反应理论可写出永磁同 步电动机的电压方程：
U IR jI X E E E 1 a d a q 0 1 1 1
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