现代永磁同步电动机的磁路结构和参数设计
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一 永磁体轴向长度 （ ） ｍｏ Ｒ， ＝
２， ８ ，
尼〕 ，
． Ｌ Ｐ
（） ５
尸万 ｏ 一Ｌ
式卜 Ｓ 一 效 隙 「 Ｊ等 气
（ ， ｍ）
、 空隙导 ：。０ ｘ－ ｍ 。 气‘率 。 ． ｌＨ 一 ＝４ ０／ ；＇ ｒ
；Ｄ 一定子铁心
内 （ ） Ｌ 电 等 轴向 度 （） ｐ一 对 径 ｍ； 枢 效 长 ｍ； 极 数。 一
，系 对 气隙 每 极下 磁阻；Ｒ。 每 极 漏磁阻；中 。 示当 存 桥 ．系 对 下 。表 转子 在磁 漏磁 磁体磁阻； Ｒ
时的漏磁通
ｈ ， Ｒ 二 ， ｘｓ ｍ
（） ４
式中：ｈ 一 永磁体磁化方向 （ 径向） 即 一对极的厚度 〔 ） Ｕ 一钦铁硼永磁体磁导率 。 ；Ｉ Ｄ
ｕ ４１％； 磁面凡 ‘Ｌ ｍ丸 永体均长（： ｌ 。 ｘ Ｓ 永体积 一ｘ ； 一磁平弧 。 氛 。 ；ｒ 一 ｒ 一 Ｍ ． ，＇ ）
Ａ 硼永磁体 ｉ铁 磁势：
Ｆ 二 － Ｈ， ｈ （ ｂ ）
可 画 稀 永 体 势 电 磁 直 分 Ｆ和 枢 势 轴 量 ． 单 作 出 土 磁 磁 Ｆ、 枢 势 轴 量 ， 电 磁 交 分 Ｆ 各自 独 用 以 ， ｑ
时 生 应 气 磁 中、 枢 轴 通 ． 电 交 磁 中 的 值 路 ， 图 示 产 对 的 隙 通 Ｊ 电 直 磁 巾ｄ 枢 轴 通 、 等 磁 图 如 ５ 。 ・
得更优越的性能。
一 ６ ９一
２直 枢反 杭Ｘ 和交 枢反 抗‘的 Ｌ 轴电 应电 。 轴电 应电 二 一 程计算Ｉ Ｊ 法
可以 用有限元法更精确的计算计及饱和时的Ｘ ｄ ｅ和
Ｘ、 ， 往 过 繁 ・ 下 绍 述 型 磁 简 的 ａ 但往 于复以介上 典的路化 值
工 程计算方法， 磁路结构的差异， 抗的计 因 电 算方法亦不同。 ２ １面装式转子结构的电 ． 枢反应电抗的计算
程计算方法。 并结合某电梯用磁场定向控制的永磁电动机的 各种方案， 进行了讨论， 给出了结论一面装式外转子 磁路结构是磁场定向控制Ｐ Ｍ最理想得结构， ＭＳ 插入式结构则优先用于需进行弱磁控制和扩大动态转矩得场合，
并 通 在 轴 隔 槽 方 来 整 ， ， 比 ，满 不场 的冬 可 过 ｑ开 磁 的 式 调 Ｘ／ 的 值 以 足 同合 需 Ｘ
２－ ｓ
刀ｏ
丝 Ｌ
２ ｐ
（０ １）
Ｒｏ Ｒ ， ｍ＝ ，＋ ｑ ８ Ｒ，
（１ １）
式 ： ｍ一 轴 Ｗ 阻 Ｒ， 交 磁 其 部 磁 。 中 Ｒ， 交 气 磁 ； ．一 轴 路 它 分 阻 ， ｑ
由 式 算出 相 组 链的 链Ｙｑ 下 计 与 绕 交 磁 ／ ．
／ Ｎｄ ， Ｖ 二 Ｋｖ． 、 １ ０
双反 应理论 枢反 把电 应电 抗分解为直轴电 枢反应电 抗和交轴电 应电 在 枢反 抗， 按式 （） （计 ２． ３ ）
算 礼和 。 ： 按 １ 计 出 Ｘ 后 可 式（ ） 算凡 ， 式（ ） 算 ｍ ５ 按 １ 计 Ｘ ６
一 ７ ２一
Ｘｑ ＫＸ ｏ ９ａ ＝
Ｘａ＝ ｄ ， Ｋ戈
（ｌ５） （ｌ６）
一几
土 下 １
！
ｅ’ 甄
肖 曰 日
０ －
Ｒ， 气 ｝
Ｆａ ，
鲡
ｈａ
（） ａ
与
Ｒ， Ｒｏ
Ｆ Ｒ 呐
尺 初
百度文库
ａ Ｆ单独作用时 ）
ｂ凡单 作 时 用 ） 独 ） ｃ 凡单 作 时 独 用 单 作 时 等 磁 图 图５ 凡、 ‘ 凡 各自 独 用 的 值 路 ａ Ｆ和
的转矩角大于９ ０ ０ ，而不象电励磁同步电 动机那样小于９ ０ ０ｅ 以下讨论几种典型的磁路结构、参数计算和应用场合。 （） ａ １ 面装式转子结构 （ 如图２ 所示） ，这种结构具有结构简单，制造成本低， 转动惯量小 等优点。 此外这种表面凸出式的转子结构， 极易实现永磁磁极的优化设计， 获得良 从而 好的气隙
式中：厂 流频率 一电
（） ２
图３ 内装式转子结构
Ｐ ０ｒ ； ｏ ．ｘ Ｎ一绕组每相串联匝数；Ｐ一极对数；ｑ一每 ＝４ １ 呱 ）０ － ５
几 二＝二 ＇ｄ 下 ２ ｐ ｌ
＿ｍ ２ ｒ ｑ ｖ
汀 口 ｆ
极 相 数 Ｉ一 枢 向 算 度（） 每 槽 ： 电 轴 计 长 ｍ； ｆ ＝
图４插入式转子结构Ｐ Ｓ Ｍ Ｍ的直轴等效磁路图
一 ７ ０一
这９ 构ｄ 磁 １ 结 轴 钢磁阻 ９ 处为 磁 料， 小， 法按照 规电 抗的 算方 大， 轴 软 材 磁阻 故无 常 机电 计
法 当 饱和 应， 忽略 不计 效 并 铁心磁阻时， 型的直轴 其典 磁路如图４ 图中： ‘ 系每对极下永 ０ Ｒ
（ 插 式 结构 图２所 这 结 可 把 磁 直 插 表 ， 如 ｂ 子 如 ｂ 示， 种 构 以 永 钥 接 在 面 亦可 图２所 ２ 入 转 ）
示， 插入转子槽内， 这对保护磁钢不受损伤和保证在高转速运行时的安全性均有好处。 磁角 从电 度出发， 它为凸极式的。 这种结构可以灵活地利用转子ｄ 轴和９ 轴磁路的不对称所产生的磁阻转
矩 由 种 构 组 的 服 统 由 Ｘ＞ ｅ 在 转 运 区 控 Ｂ ， 它 生 ・ 这 结 所 成 伺 系 ， 于 ＱＸ ， 恒 矩 行 ， 制 角 使 发 在
％＜＜范内就 以高矩 ，在功运区通调和制角可提 ”二围。可提 转值 而恒率行，过整控 “，以高
输出转矩和实现弱磁控制，扩大调速范围。 （）内 ３ 装式转子结构如图３ 所示，这种结构对永磁体进行横向 充磁，相 邻磁极表面的极性 应该相同， 从而可获得比 上两种结构更大的气隙磁密。 显然亦带来漏磁系数大和制造成本高的问
卞磁路 比磁 导： （） ３
式 ： 相 ： ｄ一 波 组 数 每 每 槽 ： 极 ｍ： 一 效 磁 中 ｍ一 数 Ｋｐ 基 绕 系 ： 极 相 数ｑ ｚ 距（） Ｓ 电 气 、 一 ｆ等
隙 （ ； ｍ） 本结构
Ｘｄ 戈。 Ｘ ｏ＝ ＝ ａ
此算法己 通过有限元法的计算验证其正确性。 ２． 插入式转子结构的电 ２ 枢反应电 抗计算
制策略的不同，对电 动机的磁路结构和参数提出了 不同的要求。可以说 Ｐ Ｓ 的班路结构对电 ＭＭ 机的体积、重量、参数和性能都 有十分明显的影响， 在设计中必须认真选择。
１ 典型磁路结构
ＰＳ Ｍ Ｍ的电磁转矩
：＝，ｍ．ｉ Ｍ 件一 ｉ ＿Ｐ＝ ｓ Ｐ Ｕ Ｉ 拍ｓ０ ｐ ． Ｅ ． ０ ｎ ２
关 ： 步 机 结 ｔｆ 抗 电 电 场 控 同 动 路 ， ｉ 电 “ “ 手 “ “ 键 永 电； 构 反 ； 枢 “ “ 词磁 磁 ＊ “ 电
；ｆ＊． ＡＩ ｌ ｔ Ｌ ＴＦ％Ｅ Ｊ（１ 称 Ｐ Ｓ 被愈来愈广 ＹＦ ｋ ｒ＿ ｉ ３ ． ． ａ＊ ｝ 下简 Ｍ Ｍ） 泛地应用于各 种场合，且 控 常因
‘
ｆ １
，
２）
对应 的电感
Ｌ一 ｉ 鲁， Ｖ‘
产 Ｆ ‘
，． １
３）
则交轴电枢反应电抗
Ｘ ２ ． ｝＝ 班 ， ，
（） １ ４
同 汽 可 得 相 组 链的 链Ｖｄ 应 感Ｌ 和 应 轴电 反 抗Ｘ ， 求 与 绕 交 磁 ｎ 对 的电 ｝ 对 直 枢 应电 ． 样由 ‘ 、 ， ｄ
（） ７
几 （， ＋ ） Ｒ， Ｒ， ， ． 九 二 尺Ｗ ＋ ．Ｒ ＋ ． ｍ ． ． Ｒ ＿ ， Ｒ， Ｒａ Ｒ
（） ８
汽＝ １ 式 ：Ｒ； 交 方向 阻。 交 方 仅 气 磁 时 中 ｍ 轴 磁 当 抽 向 有 隙 阻 ： 一 Ｒ４ Ｒ， ＝ ，＝
当 交轴方向还有其他线性磁阻时：
（） ９
从图２可 在ｄ ａ 见， 轴和ｑ 它的电 气隙是等 轴， 磁 效的，
即 效 隙 ｆ ８ ｈ， 为 来 机 气 ， 当 等 气 ８ ＝ ＋ Ｓ 原 的 械 隙 气相 磁 ，
钢的径向高度。即可按下式计算： Ｎｉ
Ｘ ＝ ｎｔ 尹 份 Ｑ ４ ｆ一 礼 ｆｏ ｑ 声
磁场 形・以 转 动。 钱 材料的 率尸接 空 减小 矩脉 因 铁翻 波 磁导 近 气隙的 率， 在电 磁导 所以 磁上，
它相当于 气隙的隐 机， 均匀 极电 从而不 在ｄ 存 轴和４ 轴的磁阻差 即电 应电 ａ 别， 枢反 抗Ｘ 沿圆周
处处相等，没有磁阻转矩。
（）面装式 ａ （） ｂ 插入式 图２ 转子磁路结构
极对数。 图１ Ｐ Ｍ 的矩角特性曲线。 是 ＭＳ 其中曲 １ 线 为 式 （） １ 第一项，它是由永磁气隙磁场与定子电 枢反
应磁场相互作用产生的基本电 磁转矩，又称永磁转
君 、Ｊ 』
矩。 线２ 曲 为式 （） 第二项， Ｌ 中的 即由电 动机ｄ ｑ ，
轴磁阻不对称而产生的磁阻转矩。曲 ３为曲 １ 线 线 和曲 ２的合成。 线 各种不同 磁路结构，由于直轴同
式 ： 数 。交 电 反 磁 波 系 Ｋ一 即 枢 轴 场 基 幅 对 最 枢 应 场 形 数＿ ， 电 交 磁 的 波 值 其 中 系 Ｋ为 轴 玉
大值之比。 式中系数Ｋ 为直轴电 ｄ 枢反应磁场波形系 即直轴磁场的 数， 基波幅值对其最大值之比。
方 ，
题 由 钦 硼 磁 的 导 与 同 这 结 的 ，戈 ， 电 磁 凸 同 电 机 矩 。 于 铁 永 体 磁 率 相 ， 种 构 Ｘ 与 励 的 极 步 动 的 ＞
角特性一样。
以上 三种典型结构都是内转子式的， 我们亦可设计成外转子式。 转子结构相比， 与内 在相同 机壳外径下， 显然外转子结构可以获得更大的电 枢直径， 可以更 合理的利用和布置磁钢， 从而获
一 ？ １一
＿
－
－ － ， ， ， 户 种 种 ￣ ， ￣ ￣ 份 ￣ ，， ， 户． ， ，户 ， ，， ￣ ￣￣ 户 ￣，
＿
＿
Ｆ （ Ａ Ｒ ，Ｆ ｒ ｆ ｍ： Ｏ ＝ 凡凡。１ 残ｏ ＋ ） ７ Ｘ 一 ｝｝ ｐ ｆ Ｒ， ＋ 凡。 Ｒｒｍ ｝Ｒ， ． Ｒ ＋ Ｒ， ， ｝ ｉ
现代永磁同步电动机的磁路结构和参数设计
谭苑娃 金如麟 王建辉 肖 杭 （ 上海交通大学 ２０３） ０００
摘 要：现代永磁同步电动机，常因控制策略的不同，对电动机的 磁路结构和参数提出了 不同的要求。文章
介 了 代 磁 步 动 的 型 磁 结 和 们 直 电 反 电 Ｘｄ 交 电 反 电 Ｘ； 工 绍现 永同电机典 的路构它 的轴枢应抗 ｎ 轴枢应抗 ， 和 的
步 抗Ｘ 和 轴 步 抗Ｘ 的 异 对 角 性 电 ｄ交 同 电 。差 ， 矩 特
的影响是不同的，当永磁同步电 动机直轴同步电 抗 图１ 永磁同 步电动机的矩角 特性曲线
一 ６ ８一
一 ， 户种 种 ．． ． ．． ． ．． 口 － － ， ， 种 种 ． ． ． ． ． 曰 －￣
刃 小 交 步 抗 ４ 磁 转 为 负 弦 数， 而 角 性 线上 矩 大 所 应 同 电 Ｘ ． 阻 矩 一 正 函 因 矩 特 曲 转 最 值 对 Ｊ于轴
０ Ｏ ）、 训 入 人留 ；
（ １ ）
相电 有效 压 值：Ｅ 一 磁 基波 所 的 相 反电 有 值；凡 ｏ 永 气隙 磁场 产生 每 空载 动势 效 式中； Ｕ一
一
直 同 电 ； ；交 同 电 ； 一 矩 ； 轴 步 抗 Ｘ一 轴 步 抗 Ｂ 转 角
毋一电 动机的电 角速度； 相数； 用一 Ｐ一电 动机的
在此不再详述。
２ ３ 装式转子结构电枢反应电抗计算 ． 内
以图３ 充 横向 磁的内 转子 为 ｄ 系软 极部 ４ 安 钦铁 磁 其 装式 结构 例， 轴 磁磁 分， 轴 装 硼 钥， 磁
｀ ｔ 率很低， 如空气隙， 因此可以 用常规的电 磁式凸极同步电 机电 枢反应电 抗的方法来计算。 采用
２， ８ ，
尼〕 ，
． Ｌ Ｐ
（） ５
尸万 ｏ 一Ｌ
式卜 Ｓ 一 效 隙 「 Ｊ等 气
（ ， ｍ）
、 空隙导 ：。０ ｘ－ ｍ 。 气‘率 。 ． ｌＨ 一 ＝４ ０／ ；＇ ｒ
；Ｄ 一定子铁心
内 （ ） Ｌ 电 等 轴向 度 （） ｐ一 对 径 ｍ； 枢 效 长 ｍ； 极 数。 一
，系 对 气隙 每 极下 磁阻；Ｒ。 每 极 漏磁阻；中 。 示当 存 桥 ．系 对 下 。表 转子 在磁 漏磁 磁体磁阻； Ｒ
时的漏磁通
ｈ ， Ｒ 二 ， ｘｓ ｍ
（） ４
式中：ｈ 一 永磁体磁化方向 （ 径向） 即 一对极的厚度 〔 ） Ｕ 一钦铁硼永磁体磁导率 。 ；Ｉ Ｄ
ｕ ４１％； 磁面凡 ‘Ｌ ｍ丸 永体均长（： ｌ 。 ｘ Ｓ 永体积 一ｘ ； 一磁平弧 。 氛 。 ；ｒ 一 ｒ 一 Ｍ ． ，＇ ）
Ａ 硼永磁体 ｉ铁 磁势：
Ｆ 二 － Ｈ， ｈ （ ｂ ）
可 画 稀 永 体 势 电 磁 直 分 Ｆ和 枢 势 轴 量 ． 单 作 出 土 磁 磁 Ｆ、 枢 势 轴 量 ， 电 磁 交 分 Ｆ 各自 独 用 以 ， ｑ
时 生 应 气 磁 中、 枢 轴 通 ． 电 交 磁 中 的 值 路 ， 图 示 产 对 的 隙 通 Ｊ 电 直 磁 巾ｄ 枢 轴 通 、 等 磁 图 如 ５ 。 ・
得更优越的性能。
一 ６ ９一
２直 枢反 杭Ｘ 和交 枢反 抗‘的 Ｌ 轴电 应电 。 轴电 应电 二 一 程计算Ｉ Ｊ 法
可以 用有限元法更精确的计算计及饱和时的Ｘ ｄ ｅ和
Ｘ、 ， 往 过 繁 ・ 下 绍 述 型 磁 简 的 ａ 但往 于复以介上 典的路化 值
工 程计算方法， 磁路结构的差异， 抗的计 因 电 算方法亦不同。 ２ １面装式转子结构的电 ． 枢反应电抗的计算
程计算方法。 并结合某电梯用磁场定向控制的永磁电动机的 各种方案， 进行了讨论， 给出了结论一面装式外转子 磁路结构是磁场定向控制Ｐ Ｍ最理想得结构， ＭＳ 插入式结构则优先用于需进行弱磁控制和扩大动态转矩得场合，
并 通 在 轴 隔 槽 方 来 整 ， ， 比 ，满 不场 的冬 可 过 ｑ开 磁 的 式 调 Ｘ／ 的 值 以 足 同合 需 Ｘ
２－ ｓ
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丝 Ｌ
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（０ １）
Ｒｏ Ｒ ， ｍ＝ ，＋ ｑ ８ Ｒ，
（１ １）
式 ： ｍ一 轴 Ｗ 阻 Ｒ， 交 磁 其 部 磁 。 中 Ｒ， 交 气 磁 ； ．一 轴 路 它 分 阻 ， ｑ
由 式 算出 相 组 链的 链Ｙｑ 下 计 与 绕 交 磁 ／ ．
／ Ｎｄ ， Ｖ 二 Ｋｖ． 、 １ ０
双反 应理论 枢反 把电 应电 抗分解为直轴电 枢反应电 抗和交轴电 应电 在 枢反 抗， 按式 （） （计 ２． ３ ）
算 礼和 。 ： 按 １ 计 出 Ｘ 后 可 式（ ） 算凡 ， 式（ ） 算 ｍ ５ 按 １ 计 Ｘ ６
一 ７ ２一
Ｘｑ ＫＸ ｏ ９ａ ＝
Ｘａ＝ ｄ ， Ｋ戈
（ｌ５） （ｌ６）
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ｂ凡单 作 时 用 ） 独 ） ｃ 凡单 作 时 独 用 单 作 时 等 磁 图 图５ 凡、 ‘ 凡 各自 独 用 的 值 路 ａ Ｆ和
的转矩角大于９ ０ ０ ，而不象电励磁同步电 动机那样小于９ ０ ０ｅ 以下讨论几种典型的磁路结构、参数计算和应用场合。 （） ａ １ 面装式转子结构 （ 如图２ 所示） ，这种结构具有结构简单，制造成本低， 转动惯量小 等优点。 此外这种表面凸出式的转子结构， 极易实现永磁磁极的优化设计， 获得良 从而 好的气隙
式中：厂 流频率 一电
（） ２
图３ 内装式转子结构
Ｐ ０ｒ ； ｏ ．ｘ Ｎ一绕组每相串联匝数；Ｐ一极对数；ｑ一每 ＝４ １ 呱 ）０ － ５
几 二＝二 ＇ｄ 下 ２ ｐ ｌ
＿ｍ ２ ｒ ｑ ｖ
汀 口 ｆ
极 相 数 Ｉ一 枢 向 算 度（） 每 槽 ： 电 轴 计 长 ｍ； ｆ ＝
图４插入式转子结构Ｐ Ｓ Ｍ Ｍ的直轴等效磁路图
一 ７ ０一
这９ 构ｄ 磁 １ 结 轴 钢磁阻 ９ 处为 磁 料， 小， 法按照 规电 抗的 算方 大， 轴 软 材 磁阻 故无 常 机电 计
法 当 饱和 应， 忽略 不计 效 并 铁心磁阻时， 型的直轴 其典 磁路如图４ 图中： ‘ 系每对极下永 ０ Ｒ
（ 插 式 结构 图２所 这 结 可 把 磁 直 插 表 ， 如 ｂ 子 如 ｂ 示， 种 构 以 永 钥 接 在 面 亦可 图２所 ２ 入 转 ）
示， 插入转子槽内， 这对保护磁钢不受损伤和保证在高转速运行时的安全性均有好处。 磁角 从电 度出发， 它为凸极式的。 这种结构可以灵活地利用转子ｄ 轴和９ 轴磁路的不对称所产生的磁阻转
矩 由 种 构 组 的 服 统 由 Ｘ＞ ｅ 在 转 运 区 控 Ｂ ， 它 生 ・ 这 结 所 成 伺 系 ， 于 ＱＸ ， 恒 矩 行 ， 制 角 使 发 在
％＜＜范内就 以高矩 ，在功运区通调和制角可提 ”二围。可提 转值 而恒率行，过整控 “，以高
输出转矩和实现弱磁控制，扩大调速范围。 （）内 ３ 装式转子结构如图３ 所示，这种结构对永磁体进行横向 充磁，相 邻磁极表面的极性 应该相同， 从而可获得比 上两种结构更大的气隙磁密。 显然亦带来漏磁系数大和制造成本高的问
卞磁路 比磁 导： （） ３
式 ： 相 ： ｄ一 波 组 数 每 每 槽 ： 极 ｍ： 一 效 磁 中 ｍ一 数 Ｋｐ 基 绕 系 ： 极 相 数ｑ ｚ 距（） Ｓ 电 气 、 一 ｆ等
隙 （ ； ｍ） 本结构
Ｘｄ 戈。 Ｘ ｏ＝ ＝ ａ
此算法己 通过有限元法的计算验证其正确性。 ２． 插入式转子结构的电 ２ 枢反应电 抗计算
制策略的不同，对电 动机的磁路结构和参数提出了 不同的要求。可以说 Ｐ Ｓ 的班路结构对电 ＭＭ 机的体积、重量、参数和性能都 有十分明显的影响， 在设计中必须认真选择。
１ 典型磁路结构
ＰＳ Ｍ Ｍ的电磁转矩
：＝，ｍ．ｉ Ｍ 件一 ｉ ＿Ｐ＝ ｓ Ｐ Ｕ Ｉ 拍ｓ０ ｐ ． Ｅ ． ０ ｎ ２
关 ： 步 机 结 ｔｆ 抗 电 电 场 控 同 动 路 ， ｉ 电 “ “ 手 “ “ 键 永 电； 构 反 ； 枢 “ “ 词磁 磁 ＊ “ 电
；ｆ＊． ＡＩ ｌ ｔ Ｌ ＴＦ％Ｅ Ｊ（１ 称 Ｐ Ｓ 被愈来愈广 ＹＦ ｋ ｒ＿ ｉ ３ ． ． ａ＊ ｝ 下简 Ｍ Ｍ） 泛地应用于各 种场合，且 控 常因
‘
ｆ １
，
２）
对应 的电感
Ｌ一 ｉ 鲁， Ｖ‘
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，． １
３）
则交轴电枢反应电抗
Ｘ ２ ． ｝＝ 班 ， ，
（） １ ４
同 汽 可 得 相 组 链的 链Ｖｄ 应 感Ｌ 和 应 轴电 反 抗Ｘ ， 求 与 绕 交 磁 ｎ 对 的电 ｝ 对 直 枢 应电 ． 样由 ‘ 、 ， ｄ
（） ７
几 （， ＋ ） Ｒ， Ｒ， ， ． 九 二 尺Ｗ ＋ ．Ｒ ＋ ． ｍ ． ． Ｒ ＿ ， Ｒ， Ｒａ Ｒ
（） ８
汽＝ １ 式 ：Ｒ； 交 方向 阻。 交 方 仅 气 磁 时 中 ｍ 轴 磁 当 抽 向 有 隙 阻 ： 一 Ｒ４ Ｒ， ＝ ，＝
当 交轴方向还有其他线性磁阻时：
（） ９
从图２可 在ｄ ａ 见， 轴和ｑ 它的电 气隙是等 轴， 磁 效的，
即 效 隙 ｆ ８ ｈ， 为 来 机 气 ， 当 等 气 ８ ＝ ＋ Ｓ 原 的 械 隙 气相 磁 ，
钢的径向高度。即可按下式计算： Ｎｉ
Ｘ ＝ ｎｔ 尹 份 Ｑ ４ ｆ一 礼 ｆｏ ｑ 声
磁场 形・以 转 动。 钱 材料的 率尸接 空 减小 矩脉 因 铁翻 波 磁导 近 气隙的 率， 在电 磁导 所以 磁上，
它相当于 气隙的隐 机， 均匀 极电 从而不 在ｄ 存 轴和４ 轴的磁阻差 即电 应电 ａ 别， 枢反 抗Ｘ 沿圆周
处处相等，没有磁阻转矩。
（）面装式 ａ （） ｂ 插入式 图２ 转子磁路结构
极对数。 图１ Ｐ Ｍ 的矩角特性曲线。 是 ＭＳ 其中曲 １ 线 为 式 （） １ 第一项，它是由永磁气隙磁场与定子电 枢反
应磁场相互作用产生的基本电 磁转矩，又称永磁转
君 、Ｊ 』
矩。 线２ 曲 为式 （） 第二项， Ｌ 中的 即由电 动机ｄ ｑ ，
轴磁阻不对称而产生的磁阻转矩。曲 ３为曲 １ 线 线 和曲 ２的合成。 线 各种不同 磁路结构，由于直轴同
式 ： 数 。交 电 反 磁 波 系 Ｋ一 即 枢 轴 场 基 幅 对 最 枢 应 场 形 数＿ ， 电 交 磁 的 波 值 其 中 系 Ｋ为 轴 玉
大值之比。 式中系数Ｋ 为直轴电 ｄ 枢反应磁场波形系 即直轴磁场的 数， 基波幅值对其最大值之比。
方 ，
题 由 钦 硼 磁 的 导 与 同 这 结 的 ，戈 ， 电 磁 凸 同 电 机 矩 。 于 铁 永 体 磁 率 相 ， 种 构 Ｘ 与 励 的 极 步 动 的 ＞
角特性一样。
以上 三种典型结构都是内转子式的， 我们亦可设计成外转子式。 转子结构相比， 与内 在相同 机壳外径下， 显然外转子结构可以获得更大的电 枢直径， 可以更 合理的利用和布置磁钢， 从而获
一 ？ １一
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现代永磁同步电动机的磁路结构和参数设计
谭苑娃 金如麟 王建辉 肖 杭 （ 上海交通大学 ２０３） ０００
摘 要：现代永磁同步电动机，常因控制策略的不同，对电动机的 磁路结构和参数提出了 不同的要求。文章
介 了 代 磁 步 动 的 型 磁 结 和 们 直 电 反 电 Ｘｄ 交 电 反 电 Ｘ； 工 绍现 永同电机典 的路构它 的轴枢应抗 ｎ 轴枢应抗 ， 和 的
步 抗Ｘ 和 轴 步 抗Ｘ 的 异 对 角 性 电 ｄ交 同 电 。差 ， 矩 特
的影响是不同的，当永磁同步电 动机直轴同步电 抗 图１ 永磁同 步电动机的矩角 特性曲线
一 ６ ８一
一 ， 户种 种 ．． ． ．． ． ．． 口 － － ， ， 种 种 ． ． ． ． ． 曰 －￣
刃 小 交 步 抗 ４ 磁 转 为 负 弦 数， 而 角 性 线上 矩 大 所 应 同 电 Ｘ ． 阻 矩 一 正 函 因 矩 特 曲 转 最 值 对 Ｊ于轴
０ Ｏ ）、 训 入 人留 ；
（ １ ）
相电 有效 压 值：Ｅ 一 磁 基波 所 的 相 反电 有 值；凡 ｏ 永 气隙 磁场 产生 每 空载 动势 效 式中； Ｕ一
一
直 同 电 ； ；交 同 电 ； 一 矩 ； 轴 步 抗 Ｘ一 轴 步 抗 Ｂ 转 角
毋一电 动机的电 角速度； 相数； 用一 Ｐ一电 动机的
在此不再详述。
２ ３ 装式转子结构电枢反应电抗计算 ． 内
以图３ 充 横向 磁的内 转子 为 ｄ 系软 极部 ４ 安 钦铁 磁 其 装式 结构 例， 轴 磁磁 分， 轴 装 硼 钥， 磁
｀ ｔ 率很低， 如空气隙， 因此可以 用常规的电 磁式凸极同步电 机电 枢反应电 抗的方法来计算。 采用