(完整)调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
永磁同步电动机的分析与设计
永磁同步电动机的分析与设计永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种采用永磁材料作为励磁源的同步电机。
相较于传统的感应电机，永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高转矩密度和高速控制响应等特点，因此在许多应用领域中得到广泛应用。
本文将介绍永磁同步电机的分析与设计内容。
首先，分析永磁同步电机的基本原理。
永磁同步电机由永磁铁和电磁绕组组成。
当绕组通电后，产生的磁场与永磁铁的磁场相互作用，使电机转子产生旋转力矩。
通过分析电机的磁动特性和电动力学特性，可以得到电机的数学模型和控制方程，为电机设计和控制提供理论依据。
其次，设计永磁同步电机的结构参数。
永磁同步电机的结构参数包括定子绕组的匝数、线圈的截面积和磁链密度等。
这些参数的选择将直接影响电机的性能，如转矩、效率和功率因数等。
通过优化设计，可以使电机在给定的体积和功率范围内获得最佳性能。
然后，进行永磁同步电机的电磁设计。
电磁设计包括计算电机的电磁参数，如磁链、磁势和磁密等。
在设计过程中，需要考虑电机的工作条件和负载要求，选择合适的磁路结构和电磁铁材料，以提高电机的效率和转矩密度。
接下来，进行永磁同步电机的电气设计。
电气设计包括计算电机的电气参数，如电压、电流和功率等。
通过分析电机的电气性能，可以确定电机的绕组参数和功率电路的参数，以满足电机的输出要求和电力系统的特性。
最后，进行永磁同步电机的控制设计。
控制设计是永磁同步电机应用中至关重要的一环。
通过采用合适的控制策略和控制器，可以实现电机的速度、位置和转矩精确控制，提高电机的动态响应和工作效率。
总之，永磁同步电机的分析与设计是实现高效电机控制的关键步骤。
通过对电机的原理分析、结构参数设计、电磁设计、电气设计和控制设计等方面的研究，可以实现电机的优化设计和性能优化，推动永磁同步电机技术在各个领域的应用发展。
永磁同步电机调速原理
永磁同步电机调速原理以永磁同步电机调速原理为标题，本文将详细介绍永磁同步电机的调速原理及相关知识。
一、永磁同步电机简介永磁同步电机是一种常用于工业领域的高性能电机，具有高效率、高功率因数、高转矩密度等优点。
它的转速与电网频率同步，因此在调速过程中需要采取一些措施。
二、永磁同步电机的调速原理永磁同步电机的调速原理是通过改变电机的磁场以实现转速的调节。
常用的调速方式有矢量控制、直接转矩控制和间接转矩控制等。
1. 矢量控制矢量控制是一种常用的永磁同步电机调速方法，通过控制电机的电流和转子磁场来实现转速的调节。
该方法可以实现精确的转速控制和较大的转矩输出。
2. 直接转矩控制直接转矩控制是一种基于电流矢量的调速方法，通过直接控制电机的转矩来实现转速的调节。
该方法具有响应快、控制精度高的优点，适用于高性能的应用场景。
3. 间接转矩控制间接转矩控制是一种基于电流和转速控制的方法，通过控制电机的电流和转速来实现转速的调节。
该方法可实现较为稳定的转速控制，适用于对转速要求不高的应用场景。
三、永磁同步电机调速系统的组成永磁同步电机调速系统主要由电机、传感器、控制器和驱动器等组成。
1. 电机永磁同步电机是调速系统的核心部件，负责将电能转化为机械能。
2. 传感器传感器用于监测电机的状态参数，如转速、温度和电流等，以便控制器进行相应的调节。
3. 控制器控制器是调速系统的智能核心，根据传感器反馈的信息进行数据处理和控制指令输出，实现电机的精确调节。
4. 驱动器驱动器将控制器输出的调速指令转化为电机能够理解的信号，控制电机的运行状态。
四、永磁同步电机调速的应用领域永磁同步电机调速技术广泛应用于工业生产中的各种场景，如风电、电动汽车、机床、电梯等。
1. 风电永磁同步电机在风电行业中得到了广泛应用，其高效率和稳定性使得风力发电系统更加可靠和经济。
2. 电动汽车永磁同步电机在电动汽车中具有较高的功率密度和能量转换效率，能够满足电动汽车对动力性能和续航里程的要求。
永磁同步电机的电磁方案设计
永磁同步电机的电磁方案设计永磁同步电机是一种应用广泛的电机类型，具有高效率、高功率因数、高起动转矩和良好的运行性能等优点。
在设计永磁同步电机的电磁方案时，需要考虑磁场分布、磁通密度、转子结构等因素，以实现电机的高效、稳定运行。
磁场分布是永磁同步电机设计的关键。
通过合理设计磁场分布，可以提高电机的效率和转矩密度。
在永磁同步电机中，通常使用内置磁体的方式来产生磁场。
磁体的磁场分布应该尽可能均匀，以提高电机的转矩密度。
同时，还需要考虑磁体的磁通量损耗，通过合理选择磁体材料和结构，减小磁通量损耗，提高电机的效率。
磁通密度是影响永磁同步电机性能的重要因素。
磁通密度过高会导致铁心饱和，造成能量损耗和发热，降低电机效率。
因此，需要对磁通密度进行合理设计，以确保电机在给定功率下能够正常运行。
转子结构也是永磁同步电机设计的重要考虑因素。
转子结构的设计直接影响电机的运行性能。
一般来说，永磁同步电机的转子结构可以分为表面磁极和内置磁极两种类型。
表面磁极结构可以提高电机的转矩密度，但同时也增加了转子的惯量和转子损耗。
内置磁极结构则可以减小转子的惯量和损耗，提高电机的响应速度和运行效率。
根据具体的应用需求，选择合适的转子结构，以满足电机的性能要求。
除了以上几个方面的设计考虑，还需要注意电机的控制策略。
永磁同步电机可以通过矢量控制、直接转矩控制等方式来实现高效、稳定的运行。
在设计电机的控制策略时，需要考虑电机的特性和应用需求，选择合适的控制方式，并通过合理的参数调节和优化算法，实现电机的优化运行。
永磁同步电机的电磁方案设计需要考虑磁场分布、磁通密度、转子结构和控制策略等因素。
通过合理的设计和优化，可以实现电机的高效、稳定运行，满足不同应用领域的需求。
在未来的发展中，随着新材料和新技术的不断推进，永磁同步电机的性能将进一步提升，为各个行业提供更加高效、可靠的动力解决方案。
(完整)调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析1 引言与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大;损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。
随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代,变频调速永磁同步电动机也应运而生。
变频调速永磁同步电动机可分为两类，一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波（实际为梯形波）的无刷直流电动机，另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。
这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。
本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型,并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。
2 调速永磁同步电动机的电磁设计2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等.通过改变电机的各个参数来提高永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ϕ、起动转矩st T 和最大转矩max T .本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下：计算额定数据:(1) 额定相电压:N 220V U U ==(2) 额定相电流：3N N N N N1050.9A cos P I mU ηϕ⨯== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p= (4) 额定转矩：3N N 19.5510286.5N m P T n ⨯== 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度,它们可由如下公式估算得到:2i11P D L C n '= N N N cos E K P P ηϕ'=， 6.1p Nm dp C K K AB δα=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。
5.5kW永磁调速同步电动机的设计与分析
作者简介： 吴亚麟（９３一 ， 福建福州人， １ ５ ）男， 副教授， 研究方向： 变流技术与控制技术 ， 稀土永磁电机设计开发与应用， ｍ ｉｗｌｌ ６ Ｅ ａ ：ｙｚ ｌ ｆ＠１３
的， 无需 励磁 电流 和励 磁损 耗 ， 同步 转 速运 行 转 子
在 电力 拖 动 系统 中采 用 调速 措 施 可 以提 高 节 能 效果 ， 例如 直 流 电动 机 调速 、 流 电动 机 变极 调 交 速 或变 频调 速 ， 有 采 用 机 械传 动 结 构 变速 等 ， 还 但 是 机械 传动 结构 变 速 和变 极 调 速 属 于有 级 的 调速 方 式 ， 流 电动机 虽 然 具 有较 好 的调 速 性 能 ， 直 但存 在换 向火 花 的缺 点 ， 制 了调 速 的 容 量 和 应 用 环 限 境， 而变频 调 速 是 一 种 高 效 节 能 型 的无 级 调 速 方
３ ％左 右 ， ０ 而且 在 中 、 轻载 运行 时 ， 土永磁 同 步 稀
电动机仍具 有较 高 的效率 和功率 因数 特点 ， 决 了 解
抽 油机配 用异 步电动 机 出现 “ 马拉 小 车 ” 造成 大 而
稀 能源浪费的现象。该项 目 ２０ 年通过福建省级 系统 相媲美 ， 土永磁 电动 机变 频调 速要 比异步 电 于 ０２ ％ 因此 ， 土永 稀 科技成 果鉴 定 （ 闽科鉴 字 ［０２ 第 ３ ２０ ］ ２号 ） 近 年来 动机变 频 调速 节 能 效 果 高 ５ 以上 ， ， 大批 量生产 投放 在各 油 田推 广应用 。 磁调速 同步 电动 机 （ 以下简 称 “ 速 Ｒ Ｐ Ｓ ） 调 Ｅ Ｍ Ｍ” 在 电动 机 及其 驱 动 系统 的耗 电量 约 占工业 用 电 水 泵 、 风机 、 电梯 设 备 和轨 道 交 通 系 统等 得 到 广 泛 总量 的三分 之二左 右 ，０６年 国际 电工 委员会 ＩＣ ２０ Ｅ 的应用 。文 中介 绍 基 于矢 量 控 制 变频 调 速 的 ６极 制定 了 ＩＣ ０ ３ ３ Ｅ ６ ０ ４— ０电动机 新 标 准 ， 目的在 于 ５ ５ｋ 调 速 Ｒ Ｐ Ｍ 的 设 计 、 制 与 试 验 ， 分 其 ． Ｗ Ｅ ＭＳ 试 并 淘汰低效 率 电动机 ， 开发 与应用 高效 率和超 高效 率 析技 术性 能 和 经济 指 标 （ 课 题 列入 福 州市 ２ ０ 本 ０８ 电动 机 ， 国 在 Ｎ ＭＡ高 效 电机 的基 础 上 又 制 定 美 Ｅ 年 高校科 技计 划基 金项 目） 。 了新 Ｎ ＭＡ 高效 标 准 ， 效 率 指 标 再 提 高 ２ 一 Ｅ 把 ％ ．ｋ Ｅ ＭＳ ３ ， ％ 在我 国“ 十一五 ” 划 的节 能 工程 中涉及 到 更 １ ６极 ５ ５ Ｗ 调 速 Ｒ Ｐ Ｍ 的设 计 规 本课 题 ６极 ５ ５ｋ 调速 Ｒ Ｐ Ｓ 是在 Ｙ系 ． Ｗ ＥＭＭ 新 和淘 汰低效率 电动 机及 高耗 电设 备 ， 推广 高效节 ３ 图 能电动机、 稀土永磁电动机、 高效传动系统等 ， 列异 步 电动机 １ ２机 座上设 计 的 ， １所示 为结 构 所以
永磁同步电机的电磁方案设计
永磁同步电机的电磁方案设计永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，其电磁方案设计是其性能优越的关键。
本文将从电磁铁圈设计、磁路设计、转子设计、控制策略等方面，提供一个全面的永磁同步电机电磁方案设计。
一、电磁铁圈设计电磁铁圈是永磁同步电机的核心部件，其设计直接影响电机的性能。
在设计电磁铁圈时，需要考虑以下因素：1.电磁铁圈的截面积和线圈匝数：电磁铁圈的截面积和线圈匝数决定了电磁铁圈的电阻和电感，对电机的电磁特性有重要影响。
2.电磁铁圈的材料：电磁铁圈的材料应具有高导磁性、低磁滞损耗和高温稳定性等特点，常用的材料有硅钢片和铁氧体材料。
3.电磁铁圈的绕制方式：电磁铁圈的绕制方式有单层绕组和多层绕组两种，多层绕组可以提高线圈匝数，但会增加电磁铁圈的电阻和电感。
二、磁路设计磁路是永磁同步电机的另一个重要部分，其设计直接影响电机的输出功率和效率。
在设计磁路时，需要考虑以下因素：1.永磁体的材料和形状：永磁体的材料应具有高磁能积和高矫顽力，常用的材料有钕铁硼和钴磁体等。
永磁体的形状可以是圆柱形、矩形形或扇形等。
2.磁路的长度和截面积：磁路的长度和截面积决定了永磁体的磁通量和磁阻，对电机的输出功率和效率有重要影响。
3.磁路的饱和和磁滞损耗：磁路的饱和和磁滞损耗会导致磁通量的损失和热量的产生，对电机的效率有不利影响。
三、转子设计转子是永磁同步电机的旋转部分，其设计直接影响电机的转速和转矩。
在设计转子时，需要考虑以下因素：1.转子的形状和材料：转子的形状可以是圆柱形、矩形形或扇形等，常用的材料有铝合金和铜合金等。
转子的形状和材料决定了转子的惯性和热容量，对电机的转速和转矩有重要影响。
2.转子的磁极数：转子的磁极数决定了电机的同步转速和输出功率，应根据具体应用需求进行选择。
3.转子的磁极形状和磁场分布：转子的磁极形状和磁场分布对电机的转矩和效率有重要影响，应根据具体应用需求进行优化设计。
四、控制策略控制策略是永磁同步电机的关键，其设计直接影响电机的性能和稳定性。
永磁同步电机的电磁设计方案
永磁同步电机的电磁设计方案1 永磁同步电机的基本原理和特点永磁同步电机是一种新型的高效电动机，具有高效率、高功率密度、快速响应等优点。
它是由永磁体和电磁线圈组成的，通过电磁线圈与永磁体之间的作用产生转矩。
与传统的异步电机相比，永磁同步电机的效率更高、速度更稳定，特别适合用于高精度控制等场合。
2 永磁同步电机的电磁设计要点永磁同步电机的电磁设计是实现高效率、稳定运行的关键。
其中，电磁线圈的参数包括绕组数、导线截面积、绕组方式、铁芯形状等。
以下是具体要点：2.1 绕组数和绕组方式永磁同步电机的电磁线圈绕组数一般较少，一般少于异步电机的绕组数。
而采用多相绕组的方式，能够显著提高电机的功率密度和效率。
另外，对于高功率密度的永磁同步电机，可以采用三绕组式结构，使电机的相序和匝数更加紧凑。
2.2 导线截面积电磁线圈导线的截面积是影响永磁同步电机性能的重要参数之一。
截面积过小会导致电流密度过大，产生过多的电流损耗和温升，进而影响电机效率和寿命，而截面积过大则会使电机结构过于复杂，增加成本和体积。
因此，需要根据电机的功率和运行条件确定合适的导线截面积。
2.3 铁芯形状永磁同步电机的铁芯形状对电机的功率密度和效率影响较大。
对于高功率密度的电机，可以采用扇形铁芯或双球面铁芯结构。
此外，还可以通过添加铁磁材料或采用不同的接头结构等方法改善电磁线圈的磁通分布，减小铁芯损耗和噪音。
3 永磁同步电机的优化设计方法为了实现永磁同步电机的高效率、高性能运行，可以采用以下优化设计方法：3.1 磁场分析和模拟通过磁场分析和模拟软件（如ANSYS、COMSOL等），可以快速计算电机的磁场分布、磁通密度等参数，进而优化电机的结构和参数选取，提升电机的性能。
3.2 合理的控制策略电机的控制策略对电机效率和性能影响很大。
常见的控制方法有矢量控制、直接转矩控制等，需要根据具体应用场景选择合适的控制策略。
3.3 多因素综合考虑永磁同步电机的电磁设计需要考虑多个因素的综合影响，如电机的功率密度、效率、噪音、成本等。
永磁同步电动机电磁设计
永磁同步电动机电磁设计永磁同步电动机是一种能够实现高效能转换的电机。
它采用了永磁体产生磁场，与定子上的线圈产生交变磁场来实现转动，因此具有高效率、高功率密度和高转矩密度等特点。
本文将介绍永磁同步电动机的电磁设计过程，并探讨其中的一些关键技术。
首先，电磁设计过程开始于确定绕组数据。
绕组是将电磁力转化为机械力的关键部分，其设计直接影响到电机的性能。
为了使绕组尽量减小谐波和电磁噪声，一般采用分段细槽绕组。
绕组的设计也需要考虑线圈的电流和电压、磁场强度和饱和情况等因素。
其次，永磁同步电动机的磁路设计非常重要。
磁路设计的主要目标是实现磁通的均匀分布和最大化。
为了实现这一目标，可以采用磁路分析方法，通过优化铁心的尺寸和形状，来调整磁阻分布和磁通密度。
此外，磁路设计还需要考虑铁心的饱和和损耗情况，以及永磁体的磁性能和热特性等。
第三，针对永磁同步电动机的磁链和电流特性，需要进行磁链分析和电路设计。
磁链分析主要用于计算磁链波形和磁链饱和情况，以确定磁阻和电感等参数。
电路设计则主要包括电感和电容的选择，以及电流和电压的控制等。
这些都直接影响到电机的性能和可靠性。
此外，还需要考虑永磁同步电动机的热特性。
由于电机长时间运行会产生大量的热量，因此需要进行热分析和散热设计。
热分析可以通过有限元仿真等方法来实现，包括计算温升分布和热阻分布等。
而散热设计则需要根据电机的尺寸和工作条件来选择合适的散热方式，如风冷、水冷等。
最后，电磁设计过程还需要进行性能分析和优化。
性能分析可以通过有限元仿真等方法来实现，包括转矩-转速特性分析、功率-转速特性分析等。
而优化则主要是通过调整参数来达到更好的性能，包括转矩和功率的最大化、效率的提高等。
综上所述，永磁同步电动机的电磁设计过程涉及到绕组设计、磁路设计、磁链和电路设计、热特性分析和散热设计、性能分析和优化等多个方面。
这些都是相互关联的，需要综合考虑，才能够实现高效能转换和可靠性运行。
因此，对于永磁同步电动机的电磁设计，需要充分理解电机的工作原理和性能需求，并结合现有的设计方法和工具，进行系统化的设计过程。
永磁同步电动机原理与分析
10、1.1 正弦波PMSM得基本运行原理
❖ 定子三相绕组采用正弦绕组; ❖ 由三相逆变器提供定子绕组得三相对称电流产生旋
转磁场,拖动永磁转子同步旋转; ❖ 定子绕组得通电频率以及由此产生得旋转磁场转速
取决于转子得实际位置与转速; ❖ 转子得实际位置与转速由光电式编码器或旋转变压
倍),因此,直轴同步电抗小于交轴同步电抗,即:
或xd xq
Ld Lq 。
B.电压平衡方程式与相量图
U E0 ra Ia jxd Id jxq Iq
(10-3)
图10、5 正弦波内置永磁同步电动机得时空相量图
C.矩角特性
Tem
mE0U xd 1
sin
1 2
mU 2 1
(1 xq
1 xd
U 2 U d 2 U q 2 U max 2
其中, U d U sin , U q U cos 。(参考图10、5)
(10-13)
忽略定子绕组电阻,并根据内置PMSM得相量图,则有:
将上式以及 E0 1 f
U d E0 xd I d U q xq I q
代入式(10-13)得:
mpE0 1
I a cos
mp f I a cos
(10-5) (10-6)
对表面永磁同步电动机, f =常数,当保持内功率因数角 固定不变,通过控制定子绕组相电流得幅值便可以调整表面永磁
PMSM得电磁转矩。 完当全相 同 0(见(亦图即10、E与E80)0、I故同a 自相控)时式,正上弦式波与表直面流永电磁机P得M转SM矩有特时性也称为 无刷直流电动机、
• 定子侧得直流励磁磁势与转子电枢磁势两者相对静止 直且流相电互动机垂得直不; 足:
永磁同步电机磁场分布
永磁同步电机磁场分布
一、总述
永磁同步电机是一种用电磁力驱动的无极调速电机，它的发展早于任何其它的电机，是电机领域最古老也最成熟的产品。
永磁同步电机磁场分布与转子转动方向有关，磁场分布较为复杂，且随转子转速变化，在若干种情况下可以简单地求得磁场的分布。
二、永磁同步电机磁场分布
1、永磁同步电机磁场分布的计算
永磁同步电机磁场分布是由转子与定子磁通及极磁通所构成的。
当转子转动时，转子上的磁通产生动磁场，从而影响定子上各部位的磁通大小，从而影响极磁通，最后影响磁场分布。
永磁同步电机磁场分布可以通过建立偏磁矩分布方程和极磁矩
分布方程，利用转子定子磁通分布，结合转子转动方向等参数，求得磁场分布。
2、永磁同步电机磁场分布的分析
永磁同步电机磁场分布应该满足一定的要求，才能达到理想的效果。
若磁场分布没有满足要求，就会导致电机的性能不佳，如力矩、性能等级、效率等都会降低。
因此，在设计永磁同步电机时，应该根据转子转动方向、转子定子磁通、极磁矩等参数，对磁场分布进行分析，确定其是否满足要求，以确保电机性能的良好，从而保证电机的顺利运行。
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析电磁设计是指针对给定的电机参数要求，确定合理的线圈结构、磁场分布和磁路特性等方面的技术设计过程。
其目标是在满足规定的机械特性、电磁特性和工艺要求的前提下，使电机具有最佳的效率、功率因数和转矩密度等性能。
首先，需要确定合适的线圈结构。
根据电机的功率、转速和负载要求等参数，选择合适的线圈类型、匝数和截面形状等。
其中，多层绕组结构可以提高电机的功率密度，而单层绕组更易于制造，降低了制造成本。
其次，需要进行磁场分析。
通过计算机仿真软件或有限元方法，建立电机的磁场模型，分析电机各部分的磁场分布和特性。
磁场分析主要包括磁感应强度、磁通分布、磁势能、磁压力等参数。
通过优化磁场分布，可以提高电机的转矩密度和效率。
磁场分析的过程中，还需要进行磁路设计。
磁路设计包括永磁体的选型和磁路结构的设计。
永磁体的选型要考虑其磁化特性、矫顽力和温度稳定性等因素，以满足电机对磁场的高稳定性和大转矩要求。
磁路结构的设计要优化磁路的传导能力和磁阻损耗，以减小电机的铜损和磁铁损耗，提高电机的效率。
另外，还需要考虑绕组的热设计。
在电磁设计和磁场分析的基础上，进行绕组的热分析和散热设计。
通过合理的冷却措施和散热结构的设计，避免电机过热，保证电机的可靠运行。
同时，绕组的电磁阻抗特性和电磁噪声也是电磁设计和磁场分析的重要考虑因素。
通过优化线圈结构和绕组的布局方式，可以减小电机的电磁阻抗和电磁噪声，提高电机的工作效果和可靠性。
总之，调速永磁同步电动机的电磁设计和磁场分析是确保电机性能的重要环节。
通过合理的线圈结构、磁场分布和磁路特性等技术设计，可以提高电机的效率、功率因数和转矩密度等性能指标，满足电机在不同应用领域的要求。
同时，绕组的热设计、电磁阻抗特性和电磁噪声等问题也需要合理考虑，以确保电机的可靠工作。
永磁同步电机的调速原理
永磁同步电机的调速原理最近在研究永磁同步电机的调速原理，发现了一些有趣的事儿，今天就跟大家来聊聊。
不知道你们有没有注意过电动自行车呢？你一拧把手，车就跑起来，而且速度还能根据你的需求改变。
这背后其实就有点像永磁同步电机调速原理的实际应用呢。
那永磁同步电机调速到底是怎么一回事儿呢？永磁同步电机啊，它里面有一个永磁体产生恒定的磁场，还有一个由三相交流电产生的旋转磁场。
这两个磁场相互作用，电机就开始转动了。
这就好比是两个小伙伴，一个是固定不动，力量却很稳定的大力士（永磁体磁场），另一个是按照一定节奏舞动变化的小机灵鬼（三相交流电产生的旋转磁场），他们俩相互作用就推动了电机这个“大玩具”转动。
说到这里，你可能会问，那这个速度是怎么调整的呢？这就要说到改变频率的事儿了。
频率啊，就像是小机灵鬼（三相交流电产生的旋转磁场）跳舞的节奏。
如果我们加快这个跳舞的节奏，两个磁场相互作用起来就更快，电机也就转得更快，速度就提上去了；反之，要是把节奏放慢，电机的转速也就降低了。
从理论上来说呢，这个跟电机的同步转速公式有关系，同步转速n = 60f/p (其中f就是频率，p是电机的极对数)。
这就像一个规定好的数学魔法公式一样。
我老实说，我一开始也不明白为什么简单地改变频率就能调速。
这就好比是更改音乐播放的速度，怎么就能让机器的转速跟着改变呢？后来我仔细研究发现这个频率的变化影响了磁场的磁极旋转速度，一改变，在永磁体磁场这个不变的大前提下，相互作用的结果就变了。
在实际应用里，咱们前面说的电动自行车就是一个例子。
还有像电动汽车、电梯的驱动系统都会用到永磁同步电机调速原理。
但是这里面也有一些注意事项哦。
比如说如果调速不当，可能会引起电机过热，甚至失去同步转动的稳定性。
延伸思考一下，随着科技的发展，我们能不能找到更高效、更精确的调速方法呢？永磁同步电机调速原理有没有可能跟其他技术结合起来，让设备的性能得到更大的提升呢？希望大家能一起讨论讨论。
5_5kW永磁调速同步电动机的设计与分析
第27卷第5期贵州大学学报(自然科学版)V o.l27N o.5 2010年 10月Journa l o f G uizhou U n i ve rsity(N atura l Sc i ences)O ct.2010文章编号 1000-5269(2010)05-0051-055.5k W永磁调速同步电动机的设计与分析吴亚麟*(福州职业技术学院技术工程系,福建福州350108)摘 要:永磁同步电动机气隙磁场是由永磁体提供的,无需励磁电流,采用闭环矢量控制策略有效地提高了永磁同步电动机变频调速的动态性能,本文介绍5.5k W稀土永磁调速同步电动机的设计和样机测试,分析调速性能和经济指标。
关键词:稀土永磁同步电动机;矢量控制;调速;动态性能;经济指标中图分类号:TM351 文献标识码:A电机的气隙磁场是实现机电能量转换的载体,稀土永磁同步电动机的气隙磁场是由永磁体提供的,无需励磁电流和励磁损耗,同步转速运行转子方不产生铜耗和铁耗,效率和功率因数高于异步电动机3%-10%。
上世纪九十年代中期,我们课题组成功地研制了油田抽油机配套的XYT系列异步自启动稀土永磁同步电动机,并分别送到胜利、辽河、大港、冀东、延安等国内各大油田,由当地油田节能监测站主持进行与Y系列异步电动机现场比较实测,在同一工况条件下实测结果是稀土永磁同步电动机相对于Y系列电动机综合节电率达15% -30%左右,而且在中、轻载运行时,稀土永磁同步电动机仍具有较高的效率和功率因数特点,解决了抽油机配用异步电动机出现大马拉小车!而造成能源浪费的现象。
该项目于2002年通过福建省级科技成果鉴定(闽科鉴字[2002]第32号),近年来大批量生产投放在各油田推广应用。
电动机及其驱动系统的耗电量约占工业用电总量的三分之二左右,2006年国际电工委员会I E C 制定了I E C60034-30电动机新标准,其目的在于淘汰低效率电动机,开发与应用高效率和超高效率电动机,美国在NE MA高效电机的基础上又制定了新NE MA高效标准,把效率指标再提高2%-3%,在我国十一五!规划的节能工程中涉及到更新和淘汰低效率电动机及高耗电设备,推广高效节能电动机、稀土永磁电动机、高效传动系统等,所以开发高效节能稀土永磁电动机具有实际工程应用的意义。
永磁同步电动机原理与分析
永磁同步电动机原理与分析
永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种采用永磁体作为励磁源的同步电动机，相比传统的感应电动机具有更高的效率、功率密度和响应性能。
以下将对永磁同步电动机的工作原理和分析进行详细介绍。
一、永磁同步电动机的工作原理
1.定子部分：定子是由绕组、磁极和铁芯组成的。
绕组通过接通电源来产生定子磁场，绕组中的电流按照一定的规律进行调节，使得磁极之间的磁场呈现为正弦波形。
2.转子部分：转子是由永磁体和铁芯组成的。
永磁体可以为硬磁性材料，通过其产生一个固定的磁场，与定子的磁场相互作用，产生转矩。
当定子的绕组通电时，定子的磁场是旋转磁场，与转子的磁场相互作用，产生转矩。
由于转子的磁场是由永磁体提供的，所以称之为永磁同步电动机。
二、永磁同步电动机的分析
对于永磁同步电动机的分析，主要包括电磁特性分析和运动特性分析两个方面。
1.电磁特性分析：
2.运动特性分析：
运动特性分析还包括转矩与转速之间的关系。
转矩大小与永磁体和定子磁场之间的相对位置有关，当两者之间的磁场相互作用达到最大时，产生的转矩也会达到最大。
此外，还需要对永磁同步电动机进行电磁特性计算、变磁链接计算以及功率因数的分析，来进一步了解电机的性能特点。
总结：
永磁同步电动机是一种采用永磁体作为励磁源的同步电动机，具有高效率、功率密度和响应性能等特点。
其工作原理是通过定子磁场和转子磁场之间的相互作用来产生电磁转矩。
在分析方面，需要对电磁特性和运动特性进行分析，以了解电机的性能特点。
永磁电机磁路设计与分析
永磁电机磁路设计与分析近年来，无论是学术界或产业界，都积极致力与发展永磁电机，并已成功地应用于各种科技产品上，例如航空、机械、机器人及精密纺织等等。
永磁电机使用高性能的永久磁石，例如钐钴、钕铁硼等稀土类磁石为激磁场，从而免去了如线绕式激磁场的铜耗，同时可省去使用碳刷、滑环等附件，缩小了体积，以达到高效率、高功率因数及小型化的需求，永磁电机已经逐步取代传统绕线式激磁磁场电机，并且有抢占部分异步电机市场特别是变频调速电机市场的趋势。
永磁电机依其产生的反电势波形可区分为两大类，方波式及弦波式。
而从转子结构上看，大致可分为三种，表面附著型、半嵌型、埋入型，在这三种型式中，表面附著型不但可以用于方波式，也可用于弦波式。
这里我们简要分析一下永磁电机磁路的设计理念。
并说明如何结合有限元素法作电磁场分析。
任何一种永磁电机的设计，都不是一件简单的工作，他必须具备电磁、机械、热传、电子、声学及材料等方面的知识。
传统上，设计者先依据经验作初步的设计，再经过一连串的修正及重复的设计，直到符合规格为止，本文仅以磁路的观点，提出设计的原则。
一般设计步骤大致包括以下几个项目；1.尺寸规格的设定电机设计者在设计电机之前，必须了解电机的使用场合，负载特性以及尺寸规格，一般永磁电机的主要尺寸是指电机定子内径、定子铁心的长度和永磁体的体积，电机的主要尺寸决定了电机的大小，电机的质量及材料费用，负载特性包括额定输出功率、外施电压及额定转速等等参数。
2.电机转子型态分为内转式、外转式以及径向或轴向气隙构造，内转子旋转产生的惯量较小，通常使用在侍服控制，反之外转式旋转惯量较大适合直接驱动的场合，另外电机依转子结构可以分为表面附著型、内藏型以及嵌入型，然而经常使用的有附著型和内藏型，其中内藏型永磁电机是将永磁体埋入转子内，因此结构坚固，可承受高转速所产生的离心力，所以经常被应用在高速的场合，另外表面型永磁电机应用于低速到中速的范围之间具有固定的转速特性，并且也可以维持高效率的性能。
永磁同步电动机调速控制系统的设计
永磁同步电动机调速控制系统的设计摘要：永磁同步电动机调速控制系统是现代工业中的重要组成部分，它能够实现电动机的高效、精确的调速控制，满足各种工业应用领域的需求。
本文介绍了永磁同步电动机调速控制系统的设计原理和方法，包括永磁同步电动机的原理和特点、调速控制系统的整体构架和关键部件、控制算法和调速策略等内容，并结合实际案例进行了具体分析和验证。
关键词：永磁同步电动机；调速控制系统；整体构架；控制算法；调速策略引言永磁同步电动机由于具有高效、高功率密度、小体积、快速响应等优点，已经成为工业领域中最受欢迎的电动机之一。
它在各种工业应用中得到了广泛应用，如风力发电、电动汽车、机械制造等领域。
永磁同步电动机的调速控制对于其性能和稳定运行至关重要，因此需要设计一个高效、精确的调速控制系统。
一、永磁同步电动机的原理和特点永磁同步电动机由定子和转子组成。
定子上有三相绕组，可以通过变频器提供三相交流电源。
转子上装有永磁体，通过永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用来实现电动机的转动。
永磁同步电动机的工作原理是利用永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用。
当给定定子绕组施加三相交流电源时，会在定子绕组中产生一个旋转磁场。
而转子上的永磁体也会产生一个恒定的磁场。
当这两个磁场相互作用时，就会产生电动机的转动力矩，从而实现电动机的转动。
永磁同步电动机具有高效、高功率密度、小体积、快速响应等特点。
它具有高效，因为永磁体本身具有较高的磁能密度，可以在较小体积内产生较大的磁场，从而实现高效的能量转换。
它具有高功率密度，因为永磁体本身具有较高的磁能密度，可以在较小体积内产生较大的磁场，从而实现高功率输出。
它具有小体积，因为永磁体本身具有较高的磁能密度，可以在较小体积内产生较大的磁场，从而实现小型化设计。
它具有快速响应，因为永磁同步电动机的转子上装有永磁体，可以实现快速响应和高动态性能。
1.调速控制系统的整体构架永磁同步电动机调速控制系统通常由传感器、控制器、功率器件等部件组成。
永磁同步电机毕业设计永磁同步电动机的电磁设计与分析
永磁同步电机毕业设计永磁同步电动机的电磁设计与分析永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源的同步电机，具有结构简单、效率高、功率因数高等优点，在电动车、新能源车辆、工业驱动等领域得到了广泛应用。
本文将对永磁同步电机的电磁设计和分析进行探讨，以提高电机的性能和效率。
首先，电磁设计是永磁同步电机设计的核心环节之一、在电磁设计中，需要确定电机的电磁参数，如定子绕组的匝数、磁链、气隙长度等。
这些参数会直接影响电机的性能和效率。
通过有效控制这些参数，可以提高电机的工作效率和输出功率。
其次，对永磁同步电机的电磁场进行分析是电机设计的重要一步。
在电磁场分析中，可以使用有限元法对电机的磁场进行模拟和分析。
通过分析电机的磁场分布，可以预测电机在不同工况下的气隙磁密分布、磁场饱和情况等。
这些分析结果可以指导电机的结构设计和优化，从而提高电机的性能和效率。
另外，还需要对电机的电磁特性进行测试和分析。
通过电机的空载试验、短路试验和负载试验等，可以获取电机的电磁特性数据，如电机的转矩-转速特性、励磁特性、效率特性等。
这些特性数据可以用来评估电机的性能和效率，为电机的设计和控制提供依据。
最后，需要对永磁同步电机进行效果评估。
通过对电机的实际运行效果进行评估，可以验证电机设计和分析的准确性和有效性。
此外，还可以根据实际运行情况对电机进行调整和优化，进一步提高电机的性能和效率。
总之，永磁同步电机的电磁设计与分析是电机设计中的关键环节。
通过合理设计电机的电磁参数，进行电磁场分析和特性测试，以及对电机的效果评估，可以提高电机的性能和效率，满足不同应用场合的需求。
希望本文对永磁同步电机的电磁设计和分析提供了一定的参考。
永磁同步电机毕业设计--永磁同步电动机的电磁设计与分析[管理资料]
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永磁同步电动机的电磁设计与分析摘要永磁同步电动机（PMSM）是一种新型电机，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而具有效率高，功率因数高，转矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗小等特点。
本文主要介绍永磁同步电动机（PMSM）的发展背景和前景、工作原理、发展趋势，以异步起动永磁同步电动机为例，详细介绍了永磁同步电动机的电磁设计，主要包括额定数据和技术要求，主要尺寸，永磁体计算，定转子冲片设计，绕组计算，磁路计算，参数计算，工作特性计算，起动性能计算，还列举了相应的算例。
还通过Ansoft软件的Rmxprt模块对永磁同步电动机了性能分析，得出了效率、功率、转矩的特性曲线，并且分别改变了电机的三个参数，得出这些参数对电机性能的影响。
又通过Ansoft软件Maxwell 2D的瞬态模块对电机进行了仿真，对电机进行了磁场分布计算，求出了电流、转矩曲线和电机的磁力线、磁通密度分布图。
关键词永磁同步电动机；电磁设计；性能分析The design of Permanent-MagnetSynchronous MotorAbstractPMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type of motor, which has the advantages of simple structure, small volume, light weight, low loss, high efficiency. Compared with the DC motor, it has no DC motor commutator and brush. Compared with the asynchronous motor, because it does not require no power excitation current, It has the advantages of high efficiency, high power factor, large moment of inertia, stator current and small stator resistance loss .The paper mainly introduces the PMSM's development background and foreground, working principle, development trend, taking asynchronous start permanent magnet synchronous motor as an example, it introduces in detail the electromagnetic design of PMSM, that mainly includes the rated data and technical requirements, main dimensions, permanent magnet calculation, rotor and stator punching, winding calculation, magnet circuit calculation, parameters calculation, performance calculation, calculation of starting performance , and also lists the revevant examples. We aslo can analyse the performance of PMSM through the Rmxprt module of Ansoft software and conclude that the characteristic curve of efficiency, power, torque. By changing two parameters of the motor, I get the optimal scheme of the motor. Through transient module of Ansoft software Maxwell 2D to simulate the motor parameters, the magnetic field distribution of the motor is calculated, I can be obtained the curves of the current and the torque, the distribution of magnetic line of force and the distribution of magnetic flux density.Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)课题背景 (4)永磁电机发展趋势 (5)本文研究主要内容 (6)第2章永磁同步电动机的原理 (7) (7)永磁材料的概念和性能 (7)钕铁硼永磁材料 (8) (9)转速和气隙磁场有关系数 (9)感应电动势和向量图 (10)交直轴电抗及电磁转矩 (12)小结 (13)第3章永磁同步电动机的电磁设计 (14)永磁同步电机本体设计 (14)永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 (14)定子冲片和气隙长度的确定以及定子绕组的设计 (15)转子铁心的设计 (16) (18)额定数据及主要尺寸 (18)永磁体及定转子冲片设计 (19)绕组计算 (23)磁路计算 (26)参数计算 (29)工作特性计算 (33)起动特性计算 (37)小结 (41)第4章永磁同步电动机的性能分析及磁场分析 (42)永磁同步电动机的性能分析 (42)永磁同步电动机性能曲线 (42)重要参数的变化对性能的影响 (44)永磁同步电动机的磁路分析 (46)永磁同步电动机的模型 (46)在Ansoft Maxwell 2D 中运行后的结果图 (47)小结 (52)结论 (53)致谢 (54)参考文献 (55)附录A (56)第1章绪论课题背景永磁同步电动机（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。
永磁同步电动机原理与分析
永磁同步电动机原理与分析引言永磁同步电动机，在现代工业领域中被广泛应用。
相对于传统的异步电动机，它的性能有着很大的提升，如高效率、高功率因数、高速度精度等。
本文主要介绍永磁同步电动机工作原理、构成要素以及分析其特性。
工作原理基本原理永磁同步电动机采用永磁体作为转子，通过磁场与定子线圈中的电流互相作用，实现电能转换成机械能，从而驱动负载。
当磁铁密度沿着转子轴向变化时，就会产生电磁转矩，促使转子旋转。
磁场形成永磁同步电动机磁场由两部分组成，一部分是永磁体产生的磁场，另一部分是定子上电流产生的磁场。
两个磁场之间相互作用，从而产生转矩。
此外，永磁同步电动机通常采用两种类型的永磁体，分别是铁氧体和钕铁硼。
铁氧体具有较低的磁能积，但是价格便宜；钕铁硼则具有更高的磁能积，但是价格昂贵。
同步与同步速度当永磁同步电动机运行时，转子和定子的磁场必须处于同步运动状态。
由于永磁体较为稳定，所以同步速度主要受到定子电源频率的影响。
一般情况下，永磁同步电动机的同步速度略高于50 Hz或者60 Hz的交流电源频率。
构成要素定子永磁同步电动机的定子通常由三相绕组和铷钨静子组成。
铷钨静子被安装在定子上，它的主要作用是防止电流浏览导致过多功率损耗和热量损失。
转子永磁同步电动机转子是由永磁体组成。
永磁体通常有多个反向磁场发生器，这样可以使得磁场沿着其轴向方向变化。
另外，一些永磁体也会包含磁通分配器，以提高其效率。
控制器永磁同步电动机的控制器用于控制电机的速度和扭矩输出等特性。
现代永磁同步电动机控制器通常采用基于数字信号处理器的控制器，实现高精度的控制。
特性分析高效率相对于传统的异步电动机，永磁同步电动机能够更好的解决效率问题。
在高负载情况下，永磁同步电动机可以实现高达95%以上的转换效率。
高功率因数永磁同步电动机采用永磁体作为转子，可以减少电机的电流消耗，从而达到高功率因数的目的。
通常情况下，永磁同步电动机的功率因数可以高达0.9以上。
变频调速永磁同步电动机的设计
变频调速永磁同步电动机的设计随着科技的不断发展，变频调速技术日益成为工业领域中重要的节能技术之一。
变频调速技术通过改变电源频率，实现对电动机的速度控制。
在众多类型的电动机中，永磁同步电动机因其高效、节能、高精度控制等优点，逐渐得到广泛应用。
本文将探讨变频调速永磁同步电动机的设计方法。
变频调速技术主要通过改变电源频率来改变电动机的转速。
根据异步电动机的转速公式 n=f(1-s)/p，其中n为转速，f为电源频率，s为转差率，p为极对数，可知当f改变时，n也会相应改变。
变频调速技术具有调速范围广、精度高、节能等优点，被广泛应用于各种工业领域。
永磁同步电动机是一种利用永磁体产生磁场的高效电动机。
其特点如下：效率高：永磁同步电动机的磁场由永磁体产生，可降低铁损和额定负载下的铜损，从而提高效率。
节能：由于其高效率，永磁同步电动机在长期运行中可节省大量能源。
调速性能好：永磁同步电动机的转速与电源频率成正比，因此可通过变频调速技术实现对电动机的速度精确控制。
维护成本低：永磁同步电动机结构简单，故障率低，维护成本相对较低。
变频调速永磁同步电动机的设计原则是在满足额定负载要求的前提下，尽可能提高电动机效率，同时确保调速性能优越。
为此，设计时需考虑以下几个方面：(1)优化电磁设计：通过合理选择永磁体的尺寸和位置，以及优化定子绕组的设计，降低铁损和铜损。
(2)转子结构设计：保证转子的强度和稳定性，同时考虑散热问题，防止因转子故障导致电动机损坏。
(3)控制系统设计：选择合适的控制算法和硬件设施，实现对电动机速度的精确控制。
(1)明确设计需求：根据应用场景和负载要求，确定电动机的功率、转速、电压、电流等参数。
(2)选择合适的永磁材料：根据需求和市场供应情况，选择合适的永磁材料，如钕铁硼等。
(3)设计定子结构：根据电磁负荷要求，设计定子的槽数、绕组形式等结构参数。
(4)优化转子设计：根据强度和稳定性要求，设计转子的结构形式，选择合适的材料和加工工艺。
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调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析1 引言与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大;损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。
随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代,变频调速永磁同步电动机也应运而生。
变频调速永磁同步电动机可分为两类，一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波（实际为梯形波）的无刷直流电动机，另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。
这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。
本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型,并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。
2 调速永磁同步电动机的电磁设计2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等.通过改变电机的各个参数来提高永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ϕ、起动转矩st T 和最大转矩max T .本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下：计算额定数据:(1) 额定相电压:N 220V U U ==(2) 额定相电流：3N N N N N1050.9A cos P I mU ηϕ⨯== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p= (4) 额定转矩：3N N 19.5510286.5N m P T n ⨯== 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度,它们可由如下公式估算得到:2i11P D L C n '= N N N cos E K P P ηϕ'=， 6.1p Nm dp C K K AB δα=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。
E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值,本例取0。
96;p α'为计算极弧系数，初选0。
8;Nm K 为气隙磁场的波形系数，当气隙磁场为正弦分布时等于1。
11;dp K 为电枢的绕组系数,初选0.92.A 为电机的线负荷,B δ为气隙磁密,A 和B δ的选择非常重要，直接影响电机的参数和性能，应从电机的综合技术经济指标出发来选取最合适的A 和B δ值，本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。
由上式可初步确定电机的2i1D L ，但要想进一步确定i1D 和L 各自的值，还应选择主要尺寸比i1i122LL pL D D pλπτπ===，其中τ为极距。
通常，中小型同步电动机的0.6~2.5λ=，一般级数越多，λ也越大，本例初选1.4.永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大,主要是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂散损耗,减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。
所以设计永磁同步电动机的气隙长度时，可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。
本例取=0.7mm δ。
确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下,视具体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。
2。
3 定子铁心与绕组的设计(1)定子槽数的选择当相数和极数确定时，定子的槽数取决于每极每相槽数1q ，1q 的值对电机的参数、附加损耗、温升及绝缘材料消耗量等都有影响。
1q 一般在2～6之间选取并尽量取整数,对于极数少、功率大的电机，1q 取大值;对于极数多的电机，1q 取小值.本例取1q =4。
(2)定子绕组的设计与感应电机一样，永磁同步电动机使用的绕组型式有单层绕组、双层绕组和正弦绕组等.这些绕组型式各有其优缺点和适用场合。
本次设计的调速永磁同步电动机的绕组是双层叠绕组,定子Y 接。
此外采用双层短距分布绕组可以避免电动机绕组中产生环流并可以削弱电动势谐波,定子绕组Y 接则可以大大减小电动机的杂散损耗，使定子电流中不含3次和3次倍数的谐波,定子电流中亦不含偶次谐波。
2.4 永磁体的设计(1)转子磁路结构设计永磁同步电动机的转子磁路结构是按照永磁体在转子上位置的不同来分类的，永磁体一般有三种排布方式:表面式、内置式和爪极式。
而内置式转子结构按永磁体磁化方向与转子旋转方向的关系又可以分为径向式、切向式和混合式三种结构。
转子磁路结构的不同会使得电动机的运行性能、制造工艺和运行场合也不同。
本例采用的是内置切向式转子磁路结构，其在一个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供的,能够获得更大的每极磁通，非常适合多级电机.但漏磁系数较大，因此需要有相应的隔磁措施.(2)永磁体选择一般常用的永磁材料包括铝镍钻永磁材料、铁氧体永磁材料以及稀土类永磁材料，但应用于调速永磁同步电动机的永磁材料只有稀土磁体，即汝铁硼永磁体和钐钴永磁体。
本例采用的是NTP-288M 的永磁体，20C 时，剩磁为r20=1.18T B ，矫顽力为c20=898kA/m H 。
计算剩磁密度r Br r20[1(20)](1) 1.1T B t IL B α=+--=,式中r B 的可逆温度系数-1Br 0.12%K α=-，r B 的不可逆损失率-10%K IL =,预计永磁体工作温度75C t =.(3)永磁体设计永磁体的主要尺寸有三个:永磁体的轴向长度M L 、磁化方向长度M h 和宽度M b .永磁体的尺寸除了影响电动机的性能外，还影响着电动机中的空载漏磁系数0σ，也决定着永磁体的利用率.实验证明，永磁体尺寸越大,空载漏磁系数越小。
一般来说，永磁体的轴向长度M L 就取电动机铁心的轴向长度，因此只需要设计其他两个永磁体的尺寸M h 和M b 。
通常来讲,M b 的长度设计不能超过τ的长度；设计M h 应使永磁体工作在最佳工作点,因为永磁体的最佳工作点更大程度上取决于永磁体的磁化方向长度M h 。
对于内置切向式转子磁路结构，其永磁体尺寸的估算公式为：()s a 0M 0001M 0r M 21m m ef m K K b h b B l b b B K L δδσστπΦ⎧=⎪-⎪⎨⎪=⎪⎩ 式中，s K 为电动机的饱和系数,其值为1.05～1.3;a K 为与转子磁路有关的系数，其值为0.7~1。
2；0m b 为永磁体的空载工作点，即空载时磁感应强度的标幺值，一般取 0。
60~0.85;0σ为空载漏磁系数，是空载时的总磁通与主磁通之比，本例取1。
2；1B δ为气隙磁密基波幅值，14sin 2p B B δδαππ'=；K Φ为气隙磁通的波形系数，即电机基波磁通与气隙总磁通之比,本例初选0。
9。
3 模型建立和仿真计算3。
1 RMxprt 电磁和结构设计根据上述电磁设计部分得到的调速永磁同步电动机的参数,在Ansoft Maxwell 的RMxprt 模块中建立电机模型，如图1所示，并设定样机的仿真参数.仿真参数的设定至关重要,这意味着将要计算前面建立的电机模型在该状态下的工况，一般是将额定工作状态设定为分析对象。
设定完仿真参数，在确认无误的情况下，软件就会对电机进行求解计算.RMxprt 电机分析模块是基于等效电路和磁路的方法对电机进行计算的。
最终计算清单见附录1，其列出了所有输入数据和计算结果.图1 电机模型通过计算结果，可以看到所设计电机在额定运行情况下的效率为96.9%,满足给定的性能指标。
空载时的气隙磁密约为0。
63T 。
其他各项指标也均满足要求。
此外还可以得到电机的性能曲线。
图2、图3、图4分别给出了电机输出功率、效率与力矩角的关系以及气隙磁密的波形曲线。
图2 输出功率与力矩角的关系曲线图3 效率与力矩角的关系曲线图4 气隙磁密3.2 Maxwell 2D中建立电机的二维有限元模型RMxprt模块是基于等效磁路法的电机设计模块，许多参数均由软件自动查表得到，同时由于采用了等效磁路，电机的设计精度会降低.为提高设计精度，往往需要将RMxprt模块中的电机模型导入变换为Ansoft Maxwell 2D模型，然后进行有限元计算仿真，得到电机的瞬态特性，从而为电机的优化设计提供依据.Ansoft 14版本能够将RMxprt模型一键式导入到2D界面中，自动完成几何模型绘制、材料定义、激励源添加、边界条件给定、网格剖分和求解参数设置等前处理项，点击运行即可生成瞬态计算模型，其对应的计算为转子在额定转速下的恒速运行，所模拟的是额定转速下三相绕组电流和转子上的电磁转矩.图5给出的是电磁转矩曲线，图6给出的是三相电流曲线.由于软件所给的工况是转子在0时刻前已经被拖至额定转速，然后在0时刻突然加电，而实际中电机均为从0转速升速至额定转速，因此曲线的前半段并无参考价值，而从转矩曲线的后半段可以看出在额定转速下基本稳定，但脉动较大。
从电流曲线后半段可以看出电流也基本稳定。
图5 额定转速时瞬态电磁转矩曲线图6 额定转速时瞬态相电流曲线图7和图8给出的是t=0。
2s时刻的电机磁力线和磁密分布图.从图8的磁密分布图中可以看出，与磁钢靠近的定子齿部磁密较小，而定子轭部磁密较大，远离磁钢的定子齿部磁密较大，而定子轭部磁密较小.且定子齿部的磁密最大值约为2T,定子轭部磁密最大值约为1。
3T，而定子所用硅钢片D23_50的B—H曲线饱和值约为1.6T，由此可以看出硅钢片的利用率较高。
图7 额定转速下t=0。
2s时刻的磁力线分布图图8 额定转速下t=0.2s时刻的磁密分布图4 结论本文通过Ansoft Maxwell软件比较系统地对调速永磁同步电动机主要尺寸和气隙长度、定子冲片和绕组、转子磁路结构以及永磁体等参数的确定进行了研究，并说明了电机形状与结构参数变化对电机性能的影响，同时在设计时可以调整各种电机参数得到不同的电机设计方案,对优化电机设计提供有力的手段和指导借鉴意义。
参考文献［1］唐任远等.现代永磁电机理论与设计［M］.北京:机械工业出版社,2002.[2］陈世坤.电机设计［M]。
北京:机械工业出版社,2012。
[3] 赵争鸣，袁立强，杨晟等.可控电源供电电机的设计与分析[M］。
北京:机械工业出版社，2012。
[4] 戴文进,张景明等.电机设计［M］.北京:清华大学出版社,2010。
[5］王秀和等。
永磁电机[M]。
北京:中国电力出版社，2007.[6] 王秀和,杨玉波,朱常青.异步起动永磁电动机—理论设计与测试［M]。