高速内置式永磁电机转子设计与分析

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内置式永磁同步电动机的设计与分析

内置式永磁同步电动机的设计与分析内置式永磁同步电动机是一种新增加的电动汽车驱动系统，其采用永磁同步电动机作为电机，并将其安装在运动机构内部。

相对于传统方式的后置式安装，内置式永磁同步电动机具有结构紧凑、空间利用率高、功率密度大等优势。

下面是对内置式永磁同步电动机设计与分析的详细介绍。

首先，内置式永磁同步电动机的设计需要考虑的关键参数包括功率、转速、转矩和效率，这些参数将直接影响电机的工作性能。

根据实际需求和电机工作条件，可以选择合适的电机类型和规格。

常见的永磁同步电动机包括表面永磁电机和内置式永磁电机两种，内置式永磁电机由于其结构更加紧凑，传导损失更小，能效更高，因此在电动汽车领域应用广泛。

其次，内置式永磁同步电动机的分析需要考虑电磁特性和结构特点。

在电磁特性方面，主要研究电机的磁场分布、磁势、磁链和电磁力等，可通过有限元分析和磁路分析进行模拟和计算。

在结构特点方面，主要研究电机的尺寸、材料和制造工艺，以提高电机的性能和可靠性。

针对内置式永磁同步电动机的实际应用，还需要进行效率分析和控制策略设计。

电动机的效率直接影响其能量转换效率和整车的续航里程。

通过分析电机的效率特性曲线和工作点，可以优化电机的设计和控制策略，提高其效率和动力性能。

常见的控制策略包括电流控制、转矩控制和速度控制等。

最后，内置式永磁同步电动机还需要进行热设计和散热分析。

由于电机在工作过程中会产生较大的热量，为了保证电机的正常工作，需要设计合适的散热系统。

可通过热传导模型和流体力学分析，以及传热实验进行散热效果验证，优化散热结构和方式，提高电机的散热效果。

综上所述，内置式永磁同步电动机的设计与分析工作涉及多个方面，包括电机类型选择、电磁特性分析、结构设计、效率分析、控制策略设计和散热分析等。

只有充分考虑这些因素，才能设计出性能良好、高效可靠的内置式永磁同步电动机，推动电动汽车的发展。

高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究

高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究1. 本文概述本文旨在深入研究高速永磁同步电机（PMSM）的电磁分析与转子动力学特性。

随着现代工业技术的发展，高速永磁同步电机以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在航空航天、机床工具、新能源发电等领域得到了广泛应用。

对高速永磁同步电机进行深入的电磁分析和转子动力学研究，对于优化电机设计、提高电机性能、拓宽应用领域具有重要意义。

本文将首先介绍高速永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续分析提供理论基础。

随后，文章将重点围绕电磁分析展开，包括电机绕组设计、磁路分析、电磁场计算等方面，以揭示电机内部电磁过程的本质规律。

在此基础上，本文将进一步探讨高速永磁同步电机的转子动力学特性，包括转子动力学模型建立、模态分析、振动噪声控制等内容，以揭示电机在高速运行过程中的动态响应和稳定性问题。

本文将对高速永磁同步电机的电磁分析与转子动力学研究进行总结，归纳出电机设计优化的关键因素，为未来的电机研发和应用提供有益的参考。

通过本文的研究，期望能为高速永磁同步电机的技术进步和产业发展做出一定的贡献。

2. 高速永磁同步电机的基本理论高速永磁同步电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Machine, HSPMSM）是一种广泛应用于航空航天、高速列车、风力发电等领域的电机。

其基本工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。

在电机中，通过在转子上安装永磁体和在定子上布置三相绕组，当三相交流电通过绕组时，产生旋转磁场。

这个旋转磁场与永磁体的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。

电磁场的分析是理解HSPMSM运行特性的关键。

主要分析内容包括磁场的分布、磁通量的路径以及电磁力的大小和方向。

这些分析通常基于麦克斯韦方程组，通过有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）等数值方法进行。

通过电磁场分析，可以准确预测电机的电磁性能，如转矩、反电动势和效率。

高速永磁电机设计与分析技术综述

高速永磁电机设计与分析技术综述摘要：随着科学技术的发展，高速永磁电机在工业上的应用得到了一定程度的重视。

相较于普通电机，高速永磁电机的设计虽然仍需遵循基本的电磁原理，但是由于其具有体积小和转速高等多方面的特点，所以就需要解决高转速为其带来的一系列问题。

而就目前而言，高速永磁电机的设计技术的核心是电机转子和定子的设计，而电机分析技术的核心是对电机损耗、转子强度和温升计算的分析。

基于此，本文主要对高速永磁电机设计与分析技术进行分析探讨。

关键词：高速永磁电机；设计；分析技术综述1、前言与传统电机相比，高速电机无需借助复杂的、维护困难的变速装置，可直接与高速负载或原动机相连，具有功率密度高、体积小、效率高、可靠性高、运行成本低的优点，因此在高速机床、鼓风机、压缩机、透平式膨胀机、微型燃气轮机等领域具有广阔的应用前景，得到了广泛关注。

永磁直流电机、绕线直流电机、实心转子异步电机、线绕转子同步电机、感应子电机、开关磁阻电机等均可应用于高速场合。

2、高速永磁电机设计技术综述2.1电机转子设计在高速永磁电机运行的过程中，转子会进行高速的旋转。

所以，伴随着电机的运转，因旋转产生强大的离心力需要转子具有更高的强度，而因摩擦产生的高温也容易对转子转轴和轴承的结构进行破坏。

所以，想要保证电机的稳定运行，就需要使转子在具有一定的强度的同时，具有低损耗和耐高温的特性。

而想要达成这些目的，就需要从转子的材料和结构的设计上来进行考量。

一方面，在材料设计上，现在通常使用的都是具有较高矫顽力的铁氧体或者稀土永磁材料。

而之所以选择这种材料，首先是因为材料本身具有较小的温度系数，可以在高温时维持转子的稳定的转矩特性。

其次，该种材料还能适应较高的温度下的较小的材料尺寸的变化，从而可以用于温度较高的场合而能够保持机械结构的可靠性。

再者，该种材料具有较强的抗压性和抗挠强度，可以承受因高速运转产生的较高一定的离心力。

但是值得注意的是，该种材料的抗拉强度非常低，因此需要采用一定的结构设计进行材料的保护。

高速永磁电机设计技术

高速永磁电机设计技术摘要：高速永磁电机与传统的电机相比有明显优势，如：效率高、体积小、稳定性高等，已经在日常生活、航天、国防等领域得到广泛应用，且发挥出了非常重要的作用。

随着电机节能工程的深入发展，应用效率高、能耗低等设备的应用范围越来越广，这对高速永磁电机设计也提出了较高的要求。

因此，本文首先阐述了高速永磁电机的设计技术，并对高速永磁电机技术进行全面分析，以期为该技术的完善提供指导意见，促使该技术能够在更多领域得到广泛应用。

关键词：高速永磁电机；永磁电机设计；技术分析引言高速永磁电机是精密制造业常用的设备之一，已经在工业领域受到了广泛重视。

高速永磁电机的电机转速超过了1000r/min，在体积、功率密度、动态响应及系统传统效率方面具有明显优势，主要应用在高速机床、空气循环制冷系统及储能飞轮等行业，已经成为国际电工领域的研究热点。

虽然高速永磁电机与其他电机相比转速较高，但是在运行过程中仍然存在一些问题，如：变频率高、电机绕组和定子铁芯损耗高、电机发热明显等。

所以，本文结合从高速永磁电机的定转子结构和材料方面提出了相应的改进措施，希望能够对高速永磁电机的运行质量起到改善作用。

一、高速永磁电机设计技术（一）电机磁悬浮轴承技术高速电机与传统的电机区别很大，所以不能使用常规的机械轴承，而是要使用非接触类的轴承。

采用这类轴承能够适当调高转速，减少摩擦过程中的能耗，不用使用润滑剂，并且轴承的使用寿命长。

磁悬浮轴承技术属于高新技术，虽然刚刚进入适用阶段，但是势必会在高速电机领域得到广泛应用。

磁轴承系统的运行原理.（二）电机定子的设计电机定子实际上就是高速永磁电机设备的散热器，电机在运行过程中，各种损耗会产生一定的热量，这些热量通过对流和辐射的方式向周围的冷却介质进行发散，所以定子的材料和结构也是高速永磁电机设计的重要内容。

目前，高速永磁电机中的定子结构主要是采用环型绕组结构，这种结构需要缩短定子的结构，进而提高定子的韧性。

高速永磁电机设计与运行分析技术

高速永磁电机设计与运行分析技术摘要：目前，永磁电机广泛应用于生产生活领域，因其自身的一些性能和功能优势，得到业界高度关注。

高速永磁电机是永磁电机中非常重要的一个产品类型，其在电机设计和性能优化等方面具有非常大的发展潜力。

高速永磁电机相比于传统电机，体积更小，功率输出密度更大，同时在功耗、运维等方面都有更好表现。

关键词：高速永磁电机；设计；运行Abstract: at present, permanent magnet motor is widely used in the production and living fields. Because of its own performance and functional advantages, it has been highly concerned by the industry. High speed permanent magnet motor is a very important product type of permanent magnet motor. It has great development potential in motor design and performance optimization. Compared with traditional motor, high-speed permanent magnet motor has smaller volume, higher power output density, and better performance in power consumption, operation and maintenance.Key words: high speed permanent magnet motor; Design; function引言高速电机通常指转速超过10×103r/min或难度系数(转速和功率平方根的乘积)超过1×105的电机。

探讨高速永磁电机设计与分析技术

探讨高速永磁电机设计与分析技术高速永磁电机是一种应用非常广泛的电机类型，在诸如风力发电、电动车、机床等领域中都占有重要位置。

随着科技不断发展，高速永磁电机的设计与分析技术也得到了不断升级，以下将对其进行探讨。

首先，高速永磁电机的设计需要确定其电磁参数、机械参数以及结构参数。

其中，电磁参数包括磁极数、永磁材料、定子铜线圈的匝数和电流等，机械参数则包括转子质量、惯量、转子轴径、轴承等，结构参数则涉及到电机的整体尺寸、形状等。

在确定这些参数时，需要考虑到电机的使用环境、工作条件、输出功率需求等因素，最终目的是实现电机的高效、高性能工作。

⊙电磁参数的设计对于永磁电机来说，永磁体是其核心部件之一。

永磁材料的选择和使用直接影响到电机的性能指标和使用寿命。

常见的永磁材料有NdFeB、SmCo等。

选用合适的永磁材料和合理的磁路设计可以大大提高电机的磁通密度和磁能积，从而使电机具有更高的输出功率和效率。

⊙机械参数的设计在高速永磁电机中，转子是一个非常重要的部分。

转子的惯性、重量、转子轴径等参数都会影响电机的性能。

一般情况下，为了提高电机的高速性能，需要选用轻量化的转子材料和合适的转子形状。

同时，在转子轴承的选择和设计上也需要注意，采用合适的轴承可以降低电机的轴承摩擦力，从而减少摩擦损失和热损失，提高电机的效率。

⊙结构参数的设计电机的结构参数主要涉及到整体尺寸、形状等。

在具体设计过程中，需要根据电机的工作要求和实际应用需求来确定电机的最佳尺寸和形状。

在决定电机形状时，需要考虑到散热、轴向板的选型和机壳制造工艺等因素，以确保电机在长期高速运转过程中不会过热或受到机械损坏。

设计过程中，还需要利用先进的仿真技术来进行分析和验证。

在设计与分析等过程中，应用CAD、CAE等技术可以帮助工程师更加精确的设计出符合要求的高速永磁电机。

最后，需要注意的是，高速永磁电机的设计与分析技术目前仍在不断发展中。

因此，可以利用模拟软件进行详细的仿真与模拟，以衡量电机的性能和寿命。

永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究

永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究摘要：永磁同步电机具有许多优点，是未来最具应用前景的电机之一。

本文介绍了永磁同步电机的特点和工作原理，全面剖析了永磁同步电机转子部分的结构，并提出了一些优化思路。

关键词：永磁同步电机；转子；结构分析；优化随着我国制造业的发展，电子工业也得到了快速的进步，作为装备制造业的核心关键技术，高质量的电动机系统成为人们关注的重要焦点之一。

电机的综合性能可以直接影响弊端装备制造的效率和产品质量，而永磁同步电机（Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM）相对于传统的电机系统具有诸多优点，是未来最具使用前景的电机之一。

本文主要研究永磁同步电机的转子结构和优化问题。

1永磁同步电机概述1.1永磁同步电机的特点所谓“永磁”是指电机转子部分是采用永磁体为原料制造的，这是对传统电机结构的一种优化，使电机综合性能得到了进一步的提升。

而所谓“同步”是指转子转速恰好等于定子绕组的电流频率，通过改变输入定子绕组的电流频率来达到控制电机转速的目的。

与传统的电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、功率高、转矩大、结构简单等优点，尤其是在功率/质量比、极限转速、制动性能等方面的性能提升更是十分明显。

随着各种新技术、新工艺和新材料的出现，永磁同步电机的励磁方式也在持续发展和优化，目前已经可以实现励磁装置的自适应最佳调节。

永磁同步电机非常适用于要求连续的、均速的、单方向运行的机械设备，如风机、泵、压缩机、普通机床等，因而在工业、农业等领域均有着广泛的应用。

1.2永磁同步电机的工作原理在传统的交流异步电机中，首先要求定子的旋转磁场在转子绕组中感应出电流，然后再由这些感应电流产生转子磁场。

根据楞次定律，转子始终保持着跟随定子旋转磁场转动的状态，但其速度总会慢一些，因而被形象地称为“异步”电机。

现在假设转子绕组电流不是由定子旋转磁场感应出来的，而是其本身提供的，那么显然转子磁场就和定子旋转磁场没有什么关系了。

内置式永磁同步电动机转子结构的优化设计

内置式永磁同步电动机转子结构的优化设计内置式永磁同步电动机具有结构紧凑、效率高、响应速度快等优点，因此在工业和交通领域有着广泛的应用。

在内置式永磁同步电动机中，转子结构的设计对电机的性能和效率具有重要的影响。

本文将从减小电机悬空质量、控制转子高速运转和优化转子磁路等方面，进行内置式永磁同步电动机转子结构的优化设计。

首先，减小电机悬空质量是提高电机性能的一个重要手段。

悬空质量的存在会导致电机的不平衡力矩和振动，降低电机的运行效率和寿命。

因此，在设计内置式永磁同步电动机时，应该尽量降低转子的悬空质量。

一种常见的方法是采用轻量化材料，如铝合金或纤维材料，来替代传统的铁芯结构。

此外，还可以通过优化材料的结构和厚度分布，进一步减小转子的悬空质量。

其次，控制转子高速运转是提高电机效率和输出功率的关键。

在内置式永磁同步电动机中，高速转动的转子会导致离心力和气动阻力的增加，进而影响电机的性能。

因此，在转子结构的设计中，应该考虑控制转子的高速运转。

一种常见的做法是采用平衡技术，通过调整转子的质量分布和几何形状，使得转子在高速旋转时能够保持平衡，减小离心力和气动阻力带来的不利影响。

最后，优化转子磁路是提高电机转矩密度和效率的关键。

在内置式永磁同步电动机中，转子磁路的设计对电机的输出功率和效率具有重要的影响。

一种常见的优化方法是采用磁路形变技术，通过调整转子的磁路形状和铁磁材料的分布，使得转子的磁路能够更好地匹配定子的磁路，提高电机的输出功率和效率。

综上所述，内置式永磁同步电动机转子结构的优化设计需要考虑减小电机悬空质量、控制转子高速运转和优化转子磁路等因素。

这些优化设计可以提高电机的性能和效率，进一步推广内置式永磁同步电动机在工业和交通领域的应用。

高速永磁电机转子强度分析与护套设计

高速永磁电机转子强度分析与护套设计摘要：由于其功率密度大，效率高，在离心压缩机和飞轮储能等方面得到了广泛的应用。

高速电动机在工作过程中，转子零件承受着很大的离心力，为了确保永磁的安全性，通常会使用带有转子套的平板型永磁转子。

常用的转子护层材料有两种，一种是高强度的金属材料（例如钛合金， Inconel合金），另一种是高强度的复合材料（例如碳纤维，玻璃纤维，芳纶纤维），它们之间的物理特性存在着较大的区别：金属护层具有较好的导电性能，并且在护层内存在较大的涡流损失，但是它的热传导系数较高，并且转子易于散失热量。

纤维外套的导热系数非常低，在外套内没有任何的漩涡，也没有任何的损失。

在此基础上，研究了不同的包层材料对转子磁通损失和温升的影响。

关键词：高速永磁电机；转子强度；护套设计1高速永磁电机设计技术1.1电机磁悬浮技术目前，在电机中普遍使用的是机械式轴承，存在着较大的摩擦力和较高的功耗等缺点。

在此基础上，提出了一种新型的无接触式永磁电动机轴承。

采用该轴承延长了电动机的寿命，并将逐渐向高速电动机中推广。

1.2电机定子的设计定子对电机的散热起到了很大的作用，因此在设计电动机时，对其进行合理的选择是一个很关键的工作。

当前，大部分的定子都是环状绕组，它可以极大地减小电动机的轴向要求，提高转子的韧性。

在此基础上，提出了一系列的凹槽，以提供部分的散热器，使其始终保持在恒温状态。

应指出，当马达在高速运行时，有凹槽现象，会加大马达的损耗。

为了降低这个损失，一般这样的马达都要延长空气间隙来冷却热量。

在材质的选择上，为了减小铁心上的滞后损失，通常会使用0.2 mm以下的普通硅钢。

1.3电机转子的设计从永磁电机的工作原理可以看出，在电磁效应的影响下，转子将处于高速转动状态，并且两个转子之间的速度非常迅速，将会产生很大的离心力，对转子的强度有很高的要求。

而且，在高温下，电动机的转子极易受到损伤，从而对电动机的正常工作造成很大的影响。

内置式永磁同步电动机转子结构的优化设计

ＡｂｔａｔＴｅｕｅｔｅｃｇｉｇｔｒｕｎｅｍｏｎｆｉｅｔｆＭＳ，ｔｏｓｎｈｕｉａｙｎｔｈｓｗｓｓｒｃ：ｏｒｄｃｈｏｇｎｏｑｅａｄｔｍｅｔｒｉｏｈｏｎａＰＭｓａｍｅｈｄｕｉｇｔｅａｘｌｒｏｃｅａｉ
Ｋｅｗｏｒｙｄｓ：ｒａｅｔｍａｎｔｓｎｈｒｎｏｓｍｏｏａｘｌａｙｎｔｈｅ；ｏｅｏｏｏｅ；ｏｇｎｇｔｒｕｅｖｒｆｅｔｅｓ— ｐｅｍｎｎｇｅｙｃｏｕｔｒ；ｕｉｉｒｏｃｓｈｌｄｒｔｒｃｒｃｇｉｏｑｅｉｓｉｓｆａｉｉｂｌｙｉｉｔ
ａｅＦｉａｌｗｉｈａ７．ｎｅｉｒｐｅｍａｅｔｍａｎｅｙｈｒｎｕｏｏ，ｐｔｉａｉｎｗａｏｅｏｈｏｏｔｕｔｒｙｕｉｇｎｅ．ｎｌｙ，ｔ５ｉｔｒｏｒｎｎｇｔｓｎｃｏｏｓｍｔｒｏｉｚｔｓｄｎｎｔｅｒｔｒｓｒｃｕｅｂｓｎｍｏ
ｎｔｅｄｏｏｅＡｅｈｔｈｏｏｏｏｅｗｓｈｌｄｔｅｕｅｔｅｍｏｎｆｉｅｉｗｔｏｔａｒｌｇｔｅｐｒｒｅｉｆｌｆｋ．ｆｒｔａ，ｔｅｒｔｒｉｎｃｒａｏｅｏｒｄｃｈｍｅｔｒａ，ｉｕｃｉｉｈｅｆｍ— ｃｉｙｔｒｏｎｔｈｓｆｎｉｏ
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高速永磁电机设计与分析技术综述

高速永磁电机设计与分析技术综述一、概述高速永磁电机，作为现代电机技术的杰出代表，正以其高效率、高功率密度以及优秀的控制性能，在多个领域展现出广阔的应用前景。

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，对高速永磁电机设计与分析技术的研究显得尤为重要。

本文旨在对高速永磁电机的设计与分析技术进行综述，以期为相关领域的研究者提供全面的技术参考和启发。

高速永磁电机的设计涉及电磁设计、结构设计、热设计、强度设计等多个方面，其关键在于如何在高速运转的条件下保证电机的性能稳定、安全可靠。

电磁设计方面，需要优化绕组布局、磁路设计以及永磁体的选择，以提高电机的效率和功率因数。

结构设计则着重于提高电机的刚性和强度，防止在高速运转时产生过大的振动和噪声。

热设计则关注电机内部的热传递和散热问题，防止电机因过热而损坏。

强度设计则要求电机在承受高速运转产生的离心力时，能够保持结构的完整性。

高速永磁电机的分析技术则涵盖了电磁场分析、热分析、结构分析等多个方面。

电磁场分析可以预测电机的电磁性能，为优化设计提供依据。

热分析则用于评估电机在不同工况下的热状态，为散热设计提供参考。

结构分析则关注电机在高速运转时的动态特性，为强度设计提供支撑。

随着计算机技术和数值分析方法的快速发展，高速永磁电机的设计与分析技术也在不断进步。

通过采用先进的电磁仿真软件、热仿真软件以及结构仿真软件，可以更加精确地预测电机的性能，为设计优化提供有力支持。

1. 高速永磁电机的定义与重要性高速永磁电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Motor, HSPMSM）是一种特殊类型的电机，其核心特点在于使用永磁体来产生磁场，以及能够在高转速下稳定运行。

与传统的电励磁电机相比，HSPMSM具有更高的功率密度、更高的效率以及更低的维护成本，因此在许多现代工业应用领域中具有显著的优势。

HSPMSM的重要性体现在以下几个方面：随着全球能源危机的日益加剧和环境保护需求的不断提升，节能减排、提高能源利用效率已成为工业生产中的重要目标。

高速内置式永磁转子强度分析与设计

高速内置式永磁转子强度分析与设计张超;朱建国;佟文明;韩雪岩【摘要】In order to solve the problem of high speed centrifugal force , the rotor strength is analyzed for the design of interior permanent magnet rotor .Based on the principle of rotor centrifugal force , the ana-lytical formula of rotor strength was deduced .The correctness of analytical calculation was verified by fi-nite element method .In order to improve the mechanical reliability of the rotor , the rotor segment struc-ture was adopted .The extra magnetic rib can disperse the centrifugal force of rotor .Also, the effect of rib number and size on the strength and leakage performance was analyzed by finite element method .The de-sign rules of the segmented rotor were summarized .Based on the analysis of rotor strength and electro-magnetic, a high speed interior permanent magnet rotor with rated power of 15 kW and maximum speed of 30000 r/min was designed and tested .It provides references for the design of high speed interior perma-nent magnet rotor .%针对高速内置式永磁转子表面线速度高,高速离心力易损坏隔磁桥的问题,对高速内置式永磁转子进行强度分析与设计.基于转子受力原理,推导高速内置式永磁转子强度解析计算公式,并采用有限元法验证了解析计算的正确性.为了提高高速内置式永磁转子的机械可靠性,提出采用永磁体分段的转子结构,即在转子结构中增加加强筋以分散隔磁桥所受的离心力,针对分段转子结构复杂的特点,采用有限元法分析了加强筋个数、加强筋尺寸对转子强度与漏磁特性的影响,总结了分段结构转子的设计规律.在对高速内置式永磁转子强度与电磁特性分析的基础上,设计一台额定功率15 kW、最高转速30000 r/min的高速电机内置式永磁转子并进行了空载试验,为高速内置式永磁转子的设计提供了参考.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2017(021)012【总页数】8页(P43-50)【关键词】高速;内置式永磁转子;强度分析;漏磁系数【作者】张超;朱建国;佟文明;韩雪岩【作者单位】沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870;悉尼理工大学,澳大利亚悉尼2007;沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM336内置式永磁同步电机凸极率高、调速范围宽，高速运行时不需要保护套，功率密度高于表贴式永磁同步电机[1-3]。

内置式永磁同步轮毂电机设计及转矩分析优化

内置式永磁同步轮毂电机设计及转矩分析优化内置式永磁同步轮毂电机设计及转矩分析优化摘要：随着电动汽车的快速发展，内置式永磁同步轮毂电机作为一种新型驱动技术得到广泛应用。

本文针对内置式永磁同步轮毂电机进行了设计及转矩分析优化。

首先介绍了内置式永磁同步轮毂电机的基本原理和结构特点，然后详细讨论了其设计流程和转矩分析方法。

接下来，通过对电机的优化设计，明确了提高电机转矩性能的关键因素，并提出了一种基于有限元分析的转矩优化方法。

最后，通过仿真实验验证了提出的设计方法的有效性，证明了该方法在提高内置式永磁同步轮毂电机转矩性能方面的优越性。

关键词：内置式永磁同步轮毂电机；设计；转矩分析；优化1. 引言随着全球对环境保护的日益重视，电动汽车作为一种清洁能源驱动车辆得到了广泛推广和应用。

电动汽车的重要组成部分之一便是驱动电机。

目前，内置式永磁同步轮毂电机因其体积小、重量轻、功率密度高等特点，逐渐成为电动汽车领域的主流驱动技术。

本文旨在对内置式永磁同步轮毂电机进行设计及转矩分析优化，以提高其转矩性能，为电动汽车的发展提供技术支持。

2. 内置式永磁同步轮毂电机的基本原理和结构特点内置式永磁同步轮毂电机是一种将电机和车轮集成为一体的驱动装置，其工作原理基于永磁同步电机的特性。

其主要结构包括定子部分和转子部分。

定子部分由定子铁心、绕组和定子支架组成，用于产生磁场。

转子部分由转子铁心、永磁体和转子轴组成，用于转动。

内置式永磁同步轮毂电机具有结构简单、无需传动装置、功率输出直接到车轮等优点。

3. 内置式永磁同步轮毂电机的设计流程内置式永磁同步轮毂电机的设计流程包括设计目标确定、电机参数选择、电机结构设计和电机性能评估等步骤。

首先，根据电动汽车的需求，确定电机的设计目标。

然后，选择合适的电机参数，如电机功率、电压、电流等。

接下来，根据电机参数设计电机的结构，包括定子铁心尺寸、绕组结构等。

最后，通过性能评估，对设计的电机进行检验和优化。

关于高速永磁电机综合设计与分析

关于高速永磁电机综合设计与分析发表时间：2018-11-11T11:30:44.873Z 来源：《电力设备》2018年第17期作者：张树坤[导读] 摘要：随着我国科学技术的不断发展，我们国家对永磁电机的设计要求也在不断地提高，因此，要求设计人员必须运用最先进的科学技术对传统的永磁电机进行不断地完善，使其拥有最快的运行速度和良好的工作性能。

(东莞市天一精密机电有限公司广东东莞 523000)摘要：随着我国科学技术的不断发展，我们国家对永磁电机的设计要求也在不断地提高，因此，要求设计人员必须运用最先进的科学技术对传统的永磁电机进行不断地完善，使其拥有最快的运行速度和良好的工作性能。

本篇文章将针对于我国高速永磁电机的设计进行详细地分析，同时也会对其相关的分析技术进行研究，希望能够给科研人员提供一些借鉴。

关键词：高速永磁电机；电机设计；技术分析引言:在设计方面，高速永磁电机的设计主要包括两种，一种是对电机转子的设计，另一种是对电机定子的设计。

而在分析技术方面，高速永磁电机运用技术有三种，分别是电机损失和消耗、转子强度和温度的计量以及运算。

笔者将对这两种设计和三种分析技术进行深入探讨与研究。

一、高速永磁电机的设计分析（一）对电机转子设计的分析高速永磁电机在正常运行的过程中，其转子也会随着永磁电机一起高速的运行，当速度达到某种程度时，电机的转子就会偏离电机的运转中心，这样就会使电机的转子产生离心力，从而导致一些意外事件地发生。

除此以外，如果电机的转子运行的速度非常快，由于摩擦生热，转子就会在运转过程之中产生大量的热能，这样会对电机的转子机构产生影响，从而造成一些不必要的损失。

综上所述，如果想要保证高速永磁电机的安全运行，就必须保证电机的转子具有最基础的强度，使其在工作过程之中不会产生非常大的离心力，防止意外事件的发生。

此外，电机转子还要具备耐高温、低消耗等特点。

如果想要完成这两方面的保证，就一定要从电机转子的材质和结构设计两方面进行深入分析。

高速内置式永磁转子设计与机械特性分析

高速内置式永磁转子设计与机械特性分析王凯东;李宏浩;张超【摘要】针对内置式永磁电机转子高速运行时易损坏问题,对内置式永磁电机转子的电磁与机械特性综合设计进行研究.采用等效圆环解析法分析各参数对内置式转子机械强度的影响,重点研究高速离心力影响下内置式永磁转子的结构设计.分析转子电磁以及机械特性与加强筋宽度、几何形状之间的关系,对高速永磁转子进行优化设计,得出高速内置式永磁转子的设计规律.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】3页(P1-2,40)【关键词】高速电机;转子结构;机械强度;电磁特性;综合设计【作者】王凯东;李宏浩;张超【作者单位】沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM341引言在一台额定功率15 kW、最高转速30 000 r/min的永磁电机的基础上，采用等效圆环法对应力进行解析计算，总结高速内置式永磁转子的机械设计规律，并基于有限元法优化高速内置式永磁转子的应力分布以及电磁特性。

1 基于等效圆环法的内置式永磁转子机械强度计算内置式永磁转子永磁体通常依靠高黏度胶固定于转子槽中[1]，其结构示意图如图1所示。

图1 内置式永磁转子结构示意图根据高速离心力的产生以及隔磁桥的受力机理，将永磁体重量与极靴重量折算到等效圆环上，等效圆环原理如图2所示。

图2 等效圆环原理图保证等效后的总质量不变，等效圆环密度如式（1）所示：式中：ρPM为永磁体的密度，ρFe为铁心材料的密度，APM为永磁体面积，AFe 为铁心材料的面积，Ae为等效圆环面积，ρe为等效圆环密度。

将永磁材料质量以及铁心材料质量转换到等效圆环后，平均半径为r的薄壁旋转圆环所产生的周向拉应力如式（2）所示：内置式永磁电机高速运行时最大应力通常位于永磁体槽的槽边缘处，因此在机械结构设计中，铁心最大拉伸应力必须小于铁心材料的屈服强度 [2]，DW270的屈服强度R=425 MPa，因此，铁心内部所允许的最大应力为σmax＜R。

高速永磁电机转子设计与强度分析

基金项目：国家自然科学基金项目（50437010）。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50437010).
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引言
由电机运行原理可知，当转矩一定时，电机的输出功率与转速成正比，也就是说，通过增加转速可提高电机的输出功率。高速电机的应用领域越来越为广泛，如高速磨床及其他加工机床，高速飞轮储能系统，天然气管道中采用的离心压缩机和鼓风机以及分析设备中的真空泵等。近来，用于分布式供电系统的微型燃气轮机驱动高速发电机越来越受到人们的关注。对于小型燃气轮机来说，由于不需要驱动传统低速电机必须的减速器，不但提高了工作效率，而且提高了可靠性[1-4]。永磁电机由于其结构简单，力能密度高和无励磁损耗效率高等优点，最适合用于高速电机[3-5]。高速电动机和发电机的转速通常在 30000 r/min 以上,甚至超过 100000 r/min，定子齿和铁心中磁通的变化频率超过 1kHz。高速高频电机的设计与普通低速低频的电机有很大的不同[6-9]。转子与轴承系统的动力学分析对高速电机的运行可靠性有着重要的意义[10-14]。转子设计是高速永磁电机设计的关键，主要考虑的问题有：转子直径和长度的选取；永磁材料的选择和采用的保护方式（永磁体不能承受高速旋转时受到的巨大的离心力，必须采用一些高强度材料来保护）；转子的强度和刚度分析；轴承的设计（高速电机不能采用普通的轴承而必须采用非接触式的空气轴承或磁力轴承）等。本文着重论述转子强度和永磁体的保护问题。
p=
δ
2 1 rmo rei [ ( 2 Em rmo 2 + rmi 2 − rmi 2 + r2 1 reo ( 2 ei −ν m ) + + ν e )] 2 Ee reo − rei

高速永磁电机设计与分析技术研究

高速永磁电机设计与分析技术研究高速永磁电机在使用过程中与传统电机相比，具有体积小、功率密度高、运行成本低、可靠性高，不需要凭借维护困难、运行复杂的变速装置，能够直接和原动机或高速负荷连接等优势。

因此在精密制造、航空航天、能源等领域具备长远的发展前景。

本文主要从高速永磁电机的定转子结构和材料，铜耗、定子铁耗、风摩损耗、转子涡流损耗等方面，归纳总结各项损耗的值，概括了高速电机的转子的支承方式的演变与发展。

最后，对高速永磁电机主要发展方向进行了展望。

高速永磁电机；损耗分析；转子强度；电机设计高速永磁电机根据它功率密度和效率高的优点，具有极大的发展潜力，它广泛地应用于各种功率层级的场所，并发展成为目前国内在在电机方面所研究的一个热点问题。

虽然高速永磁电机的相关技术遵循了电磁原理，但是高转速也带来了一些需要深入研究的问题。

定转子的机构及其所使用的材料高速永磁电机的运行除了电磁性能，它的转子结构和其所使用的材料对振动水平和高速转动也产生了直接影响，这也是对高速永磁电机相关技术设计和分析的关键一环。

目前，高速永磁电机定转子常用的保护材料有玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维等纤维强度较高的复合材料，还有钛合金等特种合金，这种合金也是高强度的。

定转子通常采用的两种结构是表贴式结构和两极圆柱的永磁体结构。

前者的结构设计是将永磁体贴在轴的表层，然后由合金护套或符合材料进行保护。

通过对永磁体沿着径、轴向分段来控制它的内部涡流，从而消除内径处应力集中。

后者的转子结构相对简单，它选取适当的过盈量使得永磁体在不同转速和不同温度下都受压力，主要是防止其离心力遭到破坏。

这两种结构都是径向的磁场结构，可以达到功率密度较高的效果。

损耗情况分析及计算方法a铜耗铜耗是耗能的主要部分。

在计算时，受临近效应（高频磁场对相邻导体产生的效应）和集肤效应（电流频率较高时使得电流密度聚集到导体表面）的影响，不可以直接运用直流电阻的计算方法，这会使得计算结果偏大。

试论高速永磁电机设计与分析技术

试论高速永磁电机设计与分析技术高速电机是在不断简化传统电机变速装置的基础上形成，在连接高速负载或原动机时更加直接。

无论是功率密度，还是可靠性，高速电机远远优于传统电机。

高速电机的应用范围相当广泛，高速机床、鼓风机以及微型燃气机等领域都已经逐步实现有效利用高速电机的目标。

高速永磁电机会遵循基本电磁原理进行分析与测试，但是在高转速带方面有待提高。

基于此，工作人员需要深入研究高速永磁电机设计与分析，逐步解决高转速带中存在的问题。

一、分析高速永磁电机设计的细节1.精细化设计电机转子首先，电机转子具备高频旋转的特性，因此，运行时会有一定的离心力，即便是高速永磁电机常规化运行，也无法摆脱高频旋转的性质。

电机转子在不断运行过程中会涉及到不可避免的摩擦问题，这也是导致温度不断升高的重要因素，最终对实际质量造成影响。

基于上述考虑，工作人员开始对电机转子管理工作进行创新，强化管理力度，借此提升高速永磁电机的运行效率，改善高速永磁电机运行安全性较差的问题。

高速永磁电机具备耐高温以及低损耗的特性，建立管控机制时，必须充分考虑到高速永磁电机的运行状况与独特属性，提升管控机制的实效性与针对性。

其次，设计人员对电机转子进行的深度整合，一方面体现在设计电机转子材料上，需要结合实际选择科学合理的永磁材料，这类永磁材料具备较高的矫顽力，加之受到较小的维度系数影响，永磁材料可保障温度的稳定性，在适当的环境中，为高速永磁电机顺利运行助力；另一方面体现在设计电机转子结构方面，设计时注意遵循集中性原则。

在使用过程中保护材料是为高速永磁电机后续运行奠定基础，因此需要结合高速永磁电机选择恰当的永磁结构，一般会利用表贴式永磁结构或者两极圆柱永磁结构，这两种结构在保护材料时起到了明显作用。

最后，设计人员在整合电机转子材料和结构前需要进行充分的准备，深入分析电机转子，做到熟悉并掌握电机转子的特性与价值。

矫顽力较高的永磁材料，不仅可以维护温度的稳定性，也可在最短时间内适应高温环境。

内置高速永磁电机转子机械应力仿真分析

内置高速永磁电机转子机械应力仿真分析
和高频电感器。

图1转子的结构
转子应力有限元模型的建立
为了能够在ANSYS WORKBENCH中对转子的机械应力进行分析，首先需要建立高速电机转子的三维模型，文中我们用UG软件进行建模，并把得到的三维转子结构stp文件格式导入ANSYS WORKBENCH，表
了转子部件的主要参数，图2是建立的转子的三维模型。

表1转子材料主要参数
密度（kg/m3）杨氏模量（GPa）
泊松比
剪切强度（MPa）7180 110 0.3 700
图2转子三维结构
由于本文研究的转子结构具有对称性，为了简化分析计算过程，减少总体单元数量，提高分析的效率，本文我们转子结构的四分之一模型。

分析的第一步workbench中建立一个新项目，这里选择静态分析。

然后需要做的是定义所有分析材料相关参数，一般对于应力的分析而言主要的参数包括三个：泊松比，杨氏模量还有材料的密度。

在设置完了铁芯，转轴永磁体等所有部件的工程参数后，导入建立的三维模型，然后打开软件的机械分析。

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ｍｄｌｉｒｃｐｌｉｃｕａｎｈｇｕｌｙｉｇｐｍｇｅｉｆｌａｅｒｙａｊｓｎｅｉｔａｄｐｓｉｆｏｕｔｎｐｉｉａ，ｏｌｇｉｉｈｑａｉｒａａｎｔｅｄｗｖｆｍｓｄｔｇｔｄｈｎｏｉｏｏａｏｎｔｄｔａ — ｃｉｏｂｕｉｈｗｔｎ
ＰｅｍａｎｔＭａｎｔＭｏｏｔｒｒｎｅｇｅｔｒＲｏｏ
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（ｃｏｌｆｃａｒｎｃｎｉｅｒｇａｄＡｔｍｔｎＳａｇａＵｉｒｔ，ｈｎｈｉ００２ｈｎ）ＳｈｏｏｈｔｉＥｇｎｅｉｎｕｏａｉ，ｈｎｈｉｎｖｓｙＳａｇａ２０７，ＣｉａＭｅｏｓｎｏｅｉ
永磁电机设计的关键。高速电机极数少，规的常
表贴式、Ｉ型和 “ 型内置式永磁电机（ｎｅｏ “” Ｖ” Ｉｔｒｒｉ
ＰｒｅｅｔｇｅＭｔ，ＩＭ）子结构难以灵活ｅｍｎｎｎｔｏｏＰ转Ｍａｒ兼顾电磁性能与机械性能，合解决永磁电机转综子结构的机械强度、惯量轻量化与低转矩脉动低之间的相互制约和适合于产业化制造技术的产品设计难题。基于产业化制造技术的产品设计目标，出一种高品质的高速ＩＭ转子结构，过提Ｐ通有限元仿真验证，获得优异的机械性能和电磁能
迫】再拉刮应用２１，８６乙０１８（）３
研究与设计ＥＣＭＡ源自高速内置式永磁电机转子设计与分析米
黄苏融，张诗香，张琪，陈益辉（上海大学机电工程与自动化学院，海上
摘
２０７）００２
性能。
同，先确保高速电机结构的机械强度和可靠性，首选择合理的冷却方式和导热结构，合于产业化适制造技术的产品设计；次极力追求高密度、其高刚度、低惯量、轻量化，高机电系统的动态响应；提同时优化抑制气隙磁场中的谐波分量，降低纹波转矩和磁阻变化转矩，高电机的转矩品质和运行提
ｔｒｏｑｕｅｐｕｌａｔｏｎｓｉ
０引言
高速永磁电机已成为电工领域的研究热点，应用越来越广泛，高性能数控机床的主轴电机如及其他机床的电驱动伺服电机等。该类电机转速
通常在１００／ｎ以上，甚至超过５０ｒｍｉ４０／ｉ，机转矩脉动小，电系统动态响０００ｒｍｎ电机应快。此类电机的设计理念与常规电机有很大不
中图分类号：Ｍ０文献标志码：文章编号：６３６４（０１０－１－４Ｔ３２Ａ１７－５０２１）８０１００
ＤｅｉｎａａｙｉｆＨｉｈ－ｅｄＩｔｒｏｓｇｎｄＡｎｌｓｓｏｇＳｐｅｎｅｉｒ
ｔｒｅｐｕｓｔｏｏｑｕｌａｉｎ．
ＫｅｒｓｈｇｐｅｔｒｐｌｉｔｄｌｔｎＰＭ）ｍａｎｔｅｖｆｒ；ｐｅｍｉ；ｙｗｏｄ：ｉｓｅｄｍｏｏ；ｕｓｗｄｈｍｏｕａｉ（Ｗｈｅｏ；ｇｅｃｆｌｗａｅｏｍｓｅｄｌｔｉｉｄｉ
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ＡｂｓｒｔＡｉｈｓｅｄｉｔｒｏｅｍａｅｇｅｏｏｏｏｔｕｔｒｓｐｅｅｅｔａｃ：ｈｇ－ｐｅｎｅｉｒｐｒｎｎｔｍａｎｔｍｔｒｒｔｒｓｒｃｕｅｗａｒｓｎｔｄ．Ａｃｏｄｎｇｔｃｒｉｏ“ＰＷＭ ”
要：提出了一种适用于高速运行的内置式永磁电机转子结构，依据脉宽调制原理调节每极各块磁钢
的宽度和位置可获得高品质的气隙磁场波形。借助有限元软件对该转子结构进行仿真，结果表明该转子结构
极大地提升了极限转速，能获得高品质的气隙磁密波形、电动势波形和低转矩脉动。反关键词：高速电机；脉宽调制；气隙磁密波形；限转速；极转矩脉动