永磁电机的磁路分析与设计PPT文档资料
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《永磁电机设计》PPT模板课件
表1-3 铁氧体永磁材料牌号及其主要磁性能
牌号
剩余磁感应强 度 Br
T kGs
磁感应强度 矫顽力 H c
kA/ m
kOe
内禀矫顽力
H cJ
kA/ m
kOe
最大磁能积
(BH)max
kJ/m3
MG·O e
Y8T Y10T Y15 Y20 Y23 Y25 Y28 Y32
0.2~0.235 ≥0.2
0.28~0.36 0.32~0.38 0.32~0.37 0.36~0.40 0.37~0.40 0.40~0.42
大部分稀土永磁的退磁曲
线全部为直线，回复线与退磁 曲线相重合，可以使永磁电机 的磁性能在运行过程中保持稳 定，这是在电机中使用是最理 想的退磁曲线。
图1－4 （b） 回复线
3、内禀退磁曲线
磁性材料在外磁场作用下被磁化后产生的内在磁感应强度，称为 内禀磁感应强度 B i ，又称为磁极化强度 J 。
J 0M
式中，M为磁化强度（A/m）
（1－3）
由铁磁学理论可知，在磁性材料中 B = 0M+ 0H
在均匀的磁性材料中，上式的矢量和可改成代数和
（1－4）
B i 0MB0H
若取绝对值，则式（2-5）可改写成
Bi B0H
（1－5） （1－6）
描述内禀磁感应强度Bi (J )与磁场强度 H关系的曲线 Bi f(H)是表征
B rt1 B rt(0 11IL 0 ) 10 1 B0(rt10 t0)
（1－11）
式中，IL和 Br 取绝对值。
（2）磁稳定性是指在施加外磁场条件下永磁体磁性能发 生变化的情况。
理论分析和实践证明，一种永磁材料在工作温度时的 内禀矫顽力 H cJt 越大，内禀退磁曲线的矩形越好（或者说 H K 越大），则这种永磁材料的磁稳定性越高，即抗外磁 场干扰能力越强。
电机的磁路与磁路定理PPT讲稿
电机的磁路与磁路定理课件
1.1.1 磁场、磁路
磁场：运动电荷（电流）的周围空间存在 的一种特殊形态的物质，是描述磁力线在电 机空间分布及变化。
磁路：磁力线闭合的主路径。电机的磁路 主要是铁磁材料构成，而旋转电机都有空气 隙，空气隙的磁场是旋转电机能量转换的重 要因素。
主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好
kep为Fe 铁ph 芯pe 材料的涡流损耗系数； τ为 （kh f叠Bmn 片的厚 ke 2 f 2Bm2） 度，在50Hz的交变磁 场中一般在pF0e .3KmFemf 1~.3B0m2.V5mm之间； f为磁场交变频率，即导磁体被反复磁
1.1.7 磁路的基本定律
（1）安培环路定律（全电流定律）
oa起始段，B增长缓慢， 磁畴尚未大量取向一致。
铁磁材料的B-H（磁化）曲线
ab上升段（线性区）， B与H基本成正比迅速增 大；磁畴开始大量取向
1.1.4 铁磁性材料的磁化曲线（BH曲线）
当电机磁通波动，特别是周期性变化时，铁磁材料正反向磁化出现上升B-H曲线和下降B-H曲线不相重
合如图所示。
B 下降 上升
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.6 磁场的损耗
（1）磁滞损耗： 铁磁材料在交变磁场作用 下反复磁化时，内部的磁畴不停的往返倒转， 分子运动摩擦生 ph khVfBmn，n 1.5热~ 2 而消耗能量，称为磁滞损 耗。磁滞损耗和磁场频率、磁滞回线面积 （跟材料有关）、磁通密度幅值（最大值） 有关。用硅钢片可减少磁滞损耗。
空气、铜、铝等非磁性物质，磁导率约等于 真空磁导率。
1.1.1 磁场、磁路
磁场：运动电荷（电流）的周围空间存在 的一种特殊形态的物质，是描述磁力线在电 机空间分布及变化。
磁路：磁力线闭合的主路径。电机的磁路 主要是铁磁材料构成，而旋转电机都有空气 隙，空气隙的磁场是旋转电机能量转换的重 要因素。
主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好
kep为Fe 铁ph 芯pe 材料的涡流损耗系数； τ为 （kh f叠Bmn 片的厚 ke 2 f 2Bm2） 度，在50Hz的交变磁 场中一般在pF0e .3KmFemf 1~.3B0m2.V5mm之间； f为磁场交变频率，即导磁体被反复磁
1.1.7 磁路的基本定律
（1）安培环路定律（全电流定律）
oa起始段，B增长缓慢， 磁畴尚未大量取向一致。
铁磁材料的B-H（磁化）曲线
ab上升段（线性区）， B与H基本成正比迅速增 大；磁畴开始大量取向
1.1.4 铁磁性材料的磁化曲线（BH曲线）
当电机磁通波动，特别是周期性变化时，铁磁材料正反向磁化出现上升B-H曲线和下降B-H曲线不相重
合如图所示。
B 下降 上升
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.5 常用的铁磁材料及其特性
1.1.6 磁场的损耗
（1）磁滞损耗： 铁磁材料在交变磁场作用 下反复磁化时，内部的磁畴不停的往返倒转， 分子运动摩擦生 ph khVfBmn，n 1.5热~ 2 而消耗能量，称为磁滞损 耗。磁滞损耗和磁场频率、磁滞回线面积 （跟材料有关）、磁通密度幅值（最大值） 有关。用硅钢片可减少磁滞损耗。
空气、铜、铝等非磁性物质，磁导率约等于 真空磁导率。
新型永磁电机转子磁路结构设计与分析
新型永磁电机转子磁路结构设计与分析方案计算中采用了二维平面电磁场时步有限元结合场路耦合的方法，采用该计算方法的优点是能够考虑机械运动、导体区域感应涡流产生的集肤效应以及绕组邻近效应的影响，通过合理的简化模型，可以获得较高的计算精度和合理的计算时间[7]。
永磁同步电机电磁场时变问题中的Maxwell方程组表达式为：（2）当考虑到电机铁芯的饱和因素，则非线性时变运动电磁场问题的偏微分方程表达式[8]为：（3）式中：A—矢量磁位；Js—外部强加的源电流密度；v—媒质的磁阻率；V—媒质相对坐标系的运动速度；—媒质的电导率。
3 电磁场仿真计算与分析根据上述分析，针对以上转子磁路结构类型，本文建立了3种磁路结构的模型，分别是表贴式、内置式和本文提出的新磁路结构。
该永磁同步电动机的定子槽数（36槽）及结构尺寸相同。
转子采用不同的磁路结构，即表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构和本文提出的新型磁路结构。
转子极数为8极。
图3、图4和图5分别为表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构（转子磁路為一字型结构）、以及本文提出的新型转子磁路结构。
建立有限元仿真模型后，将分别计算3种磁路结构的空载反电动势波形，电机运行转速为1 000rpm，磁钢温度20℃。
图6、图7和图8分别是表贴式转子磁路结构的空载反电动势波形、内置式转子磁路结构的空载反电动势波形和本文提出的新型转子结构的空载反电动势波形。
通过对比图6、图7和图8的有限元仿真计算结果可知，当采用本文提出的新型转子磁路结构时，电机空载反电动势波形具有更高的正弦度，谐波含量最低，其谐波畸变率约为0.3%，远小于表贴式结构的2.6%和内置式转子结构的1.1%。
在空载工况下，对3种磁路结构电机的交直轴电感进行有限元仿真分析，得到电机交、直軸电感随时间的变化波形。
计算结果如图9、图10、图11所示。
图9为表贴式转子结构的交直轴电感仿真结果。
由于表贴式电机的交直轴磁导近似相等，因此仿真曲线中交直轴电感相近，即电机的凸极率近似为1。
永磁同步电机的模型和方法ppt课件
标系上表示出来。将α 、 β 、o坐标放在定子上， α 轴与A相轴
线重合， β轴超前α 轴90度，在α 、 β 、o坐标系中的电压电流，
可以直接从A 、B、C三相坐标系中的电压电流通过简单的线性
变换可以得到。一个旋转矢量从A 、B、C三相定子坐标系变换
到α 、 β 、o坐标系成为3/2变换，有
• 经过变换后得到α 、 β 、o坐标系的电压方
围。
• 力矩平衡方程式为：
• − =
+
• 从上述分析可以看出在d 、q、0坐标系下的
数学模型简单的多，方便控制
• 根据电机的数学模型，可以将永磁同步电
机简化为如图所示的d，q轴模型。永磁同
步电机的转矩方程表示发电机的电磁转矩
可以通过控制定子电流的d，q轴分量进行
控制。
程为：
• α 、 β 、o坐标系的磁链方程为：
• 其中：Ld、Lq分别是同步电机直轴交轴电感；
为永磁极产生的与定子绕组交链的磁链
在α 、 β 、o坐标系中，经过线性变换使A 、
B、C三相坐标系中的电机数学模型方程得到一定
简化。针对内永磁同步电机，因为转子的直、交
轴的不对称而具有凸极效应，因此在α 、 β 、o
永磁同步发电机控制策略
• 永磁同步发电机常用的矢量控制策略有：
（1）isd=0 控制；
• （2）最大转矩电流比控制：
• （3）单位功率因数控制；
• （4）最小损耗控制等。
• 每种控制策略都有其优缺点，于是针对永
磁同步电机不同控制目标下的矢量控制策
略进行比较分析。
• 2.1 id=0电流控制
• id=0的控制称为磁场定向控制，这种控制
线重合， β轴超前α 轴90度，在α 、 β 、o坐标系中的电压电流，
可以直接从A 、B、C三相坐标系中的电压电流通过简单的线性
变换可以得到。一个旋转矢量从A 、B、C三相定子坐标系变换
到α 、 β 、o坐标系成为3/2变换，有
• 经过变换后得到α 、 β 、o坐标系的电压方
围。
• 力矩平衡方程式为：
• − =
+
• 从上述分析可以看出在d 、q、0坐标系下的
数学模型简单的多，方便控制
• 根据电机的数学模型，可以将永磁同步电
机简化为如图所示的d，q轴模型。永磁同
步电机的转矩方程表示发电机的电磁转矩
可以通过控制定子电流的d，q轴分量进行
控制。
程为：
• α 、 β 、o坐标系的磁链方程为：
• 其中：Ld、Lq分别是同步电机直轴交轴电感；
为永磁极产生的与定子绕组交链的磁链
在α 、 β 、o坐标系中，经过线性变换使A 、
B、C三相坐标系中的电机数学模型方程得到一定
简化。针对内永磁同步电机，因为转子的直、交
轴的不对称而具有凸极效应，因此在α 、 β 、o
永磁同步发电机控制策略
• 永磁同步发电机常用的矢量控制策略有：
（1）isd=0 控制；
• （2）最大转矩电流比控制：
• （3）单位功率因数控制；
• （4）最小损耗控制等。
• 每种控制策略都有其优缺点，于是针对永
磁同步电机不同控制目标下的矢量控制策
略进行比较分析。
• 2.1 id=0电流控制
• id=0的控制称为磁场定向控制，这种控制
永磁电机磁路计算基础ppt课件
33
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
4．2 最大有效磁能的永磁体最佳工作点
则具有最大有效磁能的永磁体最 佳工作点的标么值
34
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
负载时的联立方程组为
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
然后用通常的磁路计算方法，根据外磁 路尺寸和材质的磁化特性，求出磁路各部分 的磁密和磁位差，并用以检查永磁电机设计 的合理性和调整磁路设计。
22
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.3 解析法的应用 以上为了推导过程简洁，是从退磁曲线为直线、回复线与退磁曲线
重合的稀土木磁材料这一特例着手的。实际上，上述推导结果可以推广 应用于所有永磁材料。研究实践表明，在永磁电机运行时，永磁体工作 点是变化的，直接决定永磁体的磁密与场强关系的是回复线。或者说， 永磁体在电机内的基本工作曲线是回复线，并不是退磁曲线。而所有永 磁材料的回复线部近似认为是直线，区别在于它们并不都象稀土永磁那 样在第二象限内全部是直线，而是在退磁场强超过一定值后出现拐点； 而且，采用不同的稳磁处理引起起始点P的位置不同，导致回复线与纵轴 的交点随之改变；这些增加了分析计算的复杂性。经过分析研究可知， 只要针对不同情况进行处理，仍可应用上述方法。
《永磁同步电动机》课件
面临的挑战与解决方案
成本问题
随着高性能永磁材料价格的上涨，永磁同步电动机的成本 也随之增加。解决方案包括采用替代性材料、优化设计等 降低成本。
控制精度问题
在某些高精度应用场景中，永磁同步电动机的控制精度仍 需提高。解决方案包括采用先进的控制算法和传感器技术 提高控制精度。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下，永磁同步电动机的可靠性可 能会受到影响。解决方案包括加强散热设计、提高材料耐 久性等提高可靠性。
总结词
风力发电系统中应用永磁同步电动机，具有 高效、可靠、低噪音等优点。
详细描述
风力发电系统需要能够在风能不稳定的情况 下高效、可靠运行的电机，永磁同步电动机 能够满足这些要求。其高效、可靠、低噪音 的特性使得风力发电系统在能源利用效率和
可靠性方面具有显著优势。
THANKS
感谢观看
工作原理
永磁同步电动机通过控制器调节电机电流，使电机转子与定子磁场保持同步， 从而实现电机的运转。其工作原理基于磁场定向控制和矢量控制技术。
种类与特点
种类
永磁同步电动机根据结构可分为 表面贴装式、内置式和无铁心式 等类型。
特点
永磁同步电动机具有效率高、节 能效果好、运行稳定、维护方便 等优点，广泛应用于工业自动化 、新能源、电动汽车等领域。
05
CATALOGUE
永磁同步电动机的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步，永磁同步电动机的效率和性能不断提升， 能够满足更多高效率、高负载的应用需求。
智能化
随着物联网、传感器等技术的发展，永磁同步电动机的智能化水平 不断提高，可以实现远程监控、故障诊断等功能。
紧凑化
为了适应空间受限的应用场景，永磁同步电动机的尺寸和重量不断 减小，同时保持高性能。
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。
永磁同步电机PPT课件
永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
2、内置式转子磁路结构
永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内 圆之间有铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝 笼或铜条笼，起阻尼或(和)起动作用，动、稳态性能 好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永 磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保 护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也 有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于
永磁同步电动机
主磁场方向不同：径向磁场式和轴向磁场式。
电枢绕组位置：内转子式（常规式）和外转 子式。
转子有无起动绕组：无起动绕组电动机（常 称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组电 动机（常称为异步起动永磁同步电动机）。
供电电流波形：可分为矩形波永磁同步电动 机（简称为无刷直流电动机）和正弦波永磁 同步电动机（简称为永磁同步电动机）。
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
3、爪极式转子磁路结构
1—左法兰盘 2—圆环形永磁体 3—右法兰盘 4—非磁性转轴
3、爪极式转子磁路结构
左右法兰盘的爪数相同，且两者的爪极互相 错开，沿圆周均匀分布，永磁体轴向充磁，因 而左右法兰盎的爪极分别形成极性相异，相互 错开的永磁同步电动机的磁极。爪极式转子结 构永磁同步电动机的性能较低，又不具备异步 起动能力，但结构和工艺较为简单。
1、表面式转子磁路结构
插入式转子结构使用特点
这种结构可充分利用转子磁路的不对称性 所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度， 动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简 单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较凸出式大。
永磁电机电磁设计PPT课件
5、永磁同步电动机的电磁设计分析
永磁同步电动机电磁设计的主要内容，包括永磁同步电动机的外形尺 寸、槽数和极对数、永磁体材料、绕组类型等。主要外形尺寸又包括定转 子外径，铁心长度，永磁体尺寸，隔磁磁桥尺寸，气隙大小等。根据对电 机磁路分析和经验公式对主要的初步确定电动机的主要参数。
南京理工大学·机械工程学院学院
南京理工大学·机械工程学院学院
选题背景
背景意义
随着社会经济的发展，环境污染与能源问题引起了人们的广泛关注，所以汽车的效率问题迫在眉睫， 且由于汽车要适应各种恶劣的环境，所以对其车体技术、电池以及驱动控制系统有很高的要求，尤其是电 机的驱动系统要求更为菏刻。
因此永磁同步电机这种具有功率密度高、调速范围广、效率高、尺寸小等优点的电动机，在电动汽车及 混合动力汽车中应用前景愈加广阔。
[7] 王晓杰. 电动汽车用永磁同步电机的设计及优化[D]. 华中科技大学, 2016
[8] 梁飞飞. 基于有限元分析的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究[D]. 浙江工业大学,2016.
[9]董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云.高速永磁电机设计与分析技术综述[J].中国电机工程学报,2014,34(27):4640-4653.
01项目成员介绍目录02项目任务内容及分解03背景意义04项目分析及总体设计方案05具体设计方案06项目实施0708预期成果参考文献项目成员介绍项目组成员年级学院专业大四机械工程学院车辆工程姓名职称学院单位电话校内导师教授机械工程学院企业导师任务内容通过三维建模及理论分析设计完成某型汽车用永磁同步电劢机的电磁设计并通过ansys仿真软件进行仿真分析
永磁同步电机的电磁设计
汇报人：徐祖康
南京理工大学·机械工程学院学院
目录
01
永磁同步电动机电磁设计的主要内容，包括永磁同步电动机的外形尺 寸、槽数和极对数、永磁体材料、绕组类型等。主要外形尺寸又包括定转 子外径，铁心长度，永磁体尺寸，隔磁磁桥尺寸，气隙大小等。根据对电 机磁路分析和经验公式对主要的初步确定电动机的主要参数。
南京理工大学·机械工程学院学院
南京理工大学·机械工程学院学院
选题背景
背景意义
随着社会经济的发展，环境污染与能源问题引起了人们的广泛关注，所以汽车的效率问题迫在眉睫， 且由于汽车要适应各种恶劣的环境，所以对其车体技术、电池以及驱动控制系统有很高的要求，尤其是电 机的驱动系统要求更为菏刻。
因此永磁同步电机这种具有功率密度高、调速范围广、效率高、尺寸小等优点的电动机，在电动汽车及 混合动力汽车中应用前景愈加广阔。
[7] 王晓杰. 电动汽车用永磁同步电机的设计及优化[D]. 华中科技大学, 2016
[8] 梁飞飞. 基于有限元分析的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究[D]. 浙江工业大学,2016.
[9]董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云.高速永磁电机设计与分析技术综述[J].中国电机工程学报,2014,34(27):4640-4653.
01项目成员介绍目录02项目任务内容及分解03背景意义04项目分析及总体设计方案05具体设计方案06项目实施0708预期成果参考文献项目成员介绍项目组成员年级学院专业大四机械工程学院车辆工程姓名职称学院单位电话校内导师教授机械工程学院企业导师任务内容通过三维建模及理论分析设计完成某型汽车用永磁同步电劢机的电磁设计并通过ansys仿真软件进行仿真分析
永磁同步电机的电磁设计
汇报人：徐祖康
南京理工大学·机械工程学院学院
目录
01
永磁同步电动机教材ppt课件
• 与异步电机不同，同步电机不能采用调理 转差的方法，只能调频调速。根据对频率 进展控制的不同方法，同步电机变频调速
系统可以分为它控式和自控式。当同步电
机定子电压频率由一个外部频率控制安装 进展控制时，称为他控方式。当同步电机
定子电压频率由其轴上位置传感器发出的 脉冲来控制变频安装的触发脉冲时，称为 自控方式。
2. 由永磁体来产生磁场 由于永磁资料的固有特性，它经过预先磁化[充磁]
以后，不再需求外加能量就能在其周围空间建立磁场。
• 与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是 稀土永磁电机具有构造简单，运转可靠；体积 小，质量轻；损耗少，效率高；电机的外形和 尺寸可以灵敏多样等显著优点。因此运用范围 极为广泛，几乎普及航空航天、国防、工农业 消费和日常生活的各个领域。
在变频技术日新月异地开展的同时，交流电动机 控制技术获得了突破性进展。
1.2 感应电动机调速的根本方法
n 6 0 f1 (1 s)/P n n 0 (1 s)
• 感应电动机的调速方法分为变频调速、变极对 数调速和调转差率调速三种。
• 详细的说常见的根本种类有：①降电压调速； ②电磁转差离合器调速；③绕线转子感应电机 转子回路串电阻调速；④绕线转子感应电机串 级调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等。
永磁资料
永磁电机的性能、设计制造特点和 运用范围都与永磁资料的性能亲密相关。 永磁资料种类众多，性能差别很大。因 此，在研讨永磁电机之前，首先从设计 制造电机的需求出发，了解电机中最常 用的三种主要永磁资料〔铁氧体、铝镍 钴、钕铁硼〕的根本性能，包括磁性能、 物理性能，选用时的本卷须知。
永磁体的磁稳定性
• U 1 f1 常值。此时采用带低频定子电阻压降 补偿的恒电压频率比控制，其电压、频率关系 如图中曲线所示。假设电动机在不同转速下都 有额定电流，那么电机能在温升允许的情况下 长期运转，这时转矩根本上随磁通变化。由于 维持了气隙磁通恒定，电机将作恒转矩运转。
磁路及其分析方法.pptx
直流铁心：通入恒定电流，产生恒定磁通，不产生 感应电动势。 电压一定的情况下，线圈中的电流只和 线圈本身电阻R有关。
功率损耗：I2R
23
第24页/共64页
交流铁心线圈电路
i
如图，主要分析其电磁 关系、电压电流关系及 功率损耗等。
+
– e
u –
e+–+
6.2.1 电磁关系
N
主磁通 ：产生的磁通中,通过铁心闭合的部分
N匝
【解】根据安培环路定律，有
x
Hdl I
设磁路的平均长度为 l，则有
NI Hl B l l
I
S
Hx S
15
第16页/共64页
即有：
NI l
F
Rm
S 式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通；
Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l 为磁路的平均长度；
S 为磁路的截面积。
二、磁路的欧姆定律
磁
外
畴
磁
场
在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外 磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁 化。即磁性物质能被磁化。
非磁性物质没有磁畴结构，不具有磁化特性。
7
第8页/共64页
1 高导磁性
磁性材料的 r1 ,可达数百、数千、乃至数万
之值。能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。 磁性材料在外磁场作用下,磁畴转向与外磁场相
Em sin( t 90 )
幅值
Em 2 fN m
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分析本例：
（1）由于所用铁心材料的不同，要得到同样的 磁感应强度，则所需要的磁通势或励磁电流的大 小相差较大。因此，采用磁导率高的铁心材料， 可使线圈的用铜量大为降低。
功率损耗：I2R
23
第24页/共64页
交流铁心线圈电路
i
如图，主要分析其电磁 关系、电压电流关系及 功率损耗等。
+
– e
u –
e+–+
6.2.1 电磁关系
N
主磁通 ：产生的磁通中,通过铁心闭合的部分
N匝
【解】根据安培环路定律，有
x
Hdl I
设磁路的平均长度为 l，则有
NI Hl B l l
I
S
Hx S
15
第16页/共64页
即有：
NI l
F
Rm
S 式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通；
Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l 为磁路的平均长度；
S 为磁路的截面积。
二、磁路的欧姆定律
磁
外
畴
磁
场
在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外 磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁 化。即磁性物质能被磁化。
非磁性物质没有磁畴结构，不具有磁化特性。
7
第8页/共64页
1 高导磁性
磁性材料的 r1 ,可达数百、数千、乃至数万
之值。能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。 磁性材料在外磁场作用下,磁畴转向与外磁场相
Em sin( t 90 )
幅值
Em 2 fN m
第22页/共64页
分析本例：
（1）由于所用铁心材料的不同，要得到同样的 磁感应强度，则所需要的磁通势或励磁电流的大 小相差较大。因此，采用磁导率高的铁心材料， 可使线圈的用铜量大为降低。
永磁同步电机课件
通过集成传感器和智能化技术，实现 对电机运行状态的实时监测和故障诊 断，提高电机的可靠性和寿命。
先进控制算法
采用先进的控制算法和策略，实现电 机的快速响应、高精度控制和节能运 行。
应用拓展
新能源汽车
随着新能源汽车市场的不断扩大，永磁同步电机在电动汽车、混 合动力汽车等领域的应用越来越广泛。
工业自动化
可靠性
寿命
永磁同步电机的寿命较长，能够在恶劣的环境下稳定运行。
维护
永磁同步电机维护成本较低，因为其结构简单，部件较少。
05
永磁同步电机的优化设计
材料选择
01
02
03
永磁材料
选择具有高磁导率、高矫 顽力和高剩磁的永磁材料 ，如钕铁硼和钐钴等，以 提高电机的性能。
导磁材料
选用具有高磁导率和低损 耗的导磁材料，如硅钢片 和坡莫合金等，以降低电 机的铁损和涡流损耗。
保护等，以防止电机在异常情况下损坏。
04
控制器的设计需要考虑到电机的参数、控制算法、控 制精度和动态响应等因素，以确保电机能够高效、稳 定地运行。
驱动器
驱动器是永磁同步电机控制系统的执 行机构，负责将控制器发出的控制指 令转换为电机的实际运行状态。
驱动器的设计需要考虑到电机的参数 、驱动能力、效率、可靠性和安全性 等因素，以确保电机能够高效、稳定 地运行。
应用
永磁同步电机广泛应用于工业自 动化、电动汽车、风力发电等领 域，特别是在需要高效率、高转 矩密度和宽广调速范围的场合。
02
永磁同步电机的结构
定子
绕组
定子绕组是永磁同步电机中的重要组 成部分，通常由铜线绕制而成，其作 用是产生磁场。
铁芯
定子铁芯由硅钢片叠压而成，用于固 定和加强定子绕组，同时帮助集中磁 力线。
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)
Br
(1
H Hc
)
B
Br
(1
H HC
)
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稀土永磁材料的退磁曲线
B Br
B
Br
(1
H HC
)
0
Hc H
第 I 象限的等效退磁曲线
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稀土永磁材料的退磁曲线
B
Br
(1
H Hc
)
BAm
Br Am (1
在均匀磁性材料中
B0M0H
且 MMrH
式中，M 为永磁材料的磁化强度，Mr 为剩余 磁化强度， 为磁化系数）
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稀土永磁材料的退磁曲线
B 0(Mr H)0H
0Mr0(1)H
0Mr 0rH
BBr0rH
稀土永磁材料，相对磁导率r 为常数。
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稀土永磁材料的发展
磁能积（kJ/m3）
431
258 199
85
40 2.7 7.2
天碳钴 铝 铁 钐 钐 钕
然钢钢 镍 氧 钴 钴 铁
2 17 15
磁、 铁钨
钴体：： 硼
矿钢 石
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稀土永磁材料的发展
Hh Mp ) H chMp
r
r
(1
F FC
)
0
hMp
S N 稀土磁钢
Fc F
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稀土永磁材料的退磁曲线
用标幺值进行磁路计算
磁通：
/b
磁动势： 磁导：
FF/Fb
GG/Gb
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2021/3/15
稀土永磁材料的退磁曲线
标幺值的基值
钕铁硼的优点
剩磁高，Br 可达1.4 T 矫顽力大，Hc可达 992 kA/m; 退磁曲线为直线； 相对于钐钴价格便宜。
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稀土永磁材料的发展
钕铁硼的缺点 居里温度不高，一般为310 ~ 410ºC 温度系数较大，αBr= - 0.13%（K-1） 含铁、钕，容易锈蚀 磁体可加工性一般
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永磁电机的磁路分析与设计
（三）永磁电机的 等效磁路
湖北工业大学电气与电子工程学院
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2021/3/15
永磁电机的等效磁路
稀土电机的主、漏磁路
m
m
漏磁系数
14
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稀土永磁材料的退磁曲线
磁路计算中常将第II象限磁化曲线等效到 第I象限
第I 象限:
BBr0rH
第II象限:
BBr0rH
(即H 取绝对值)
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稀土永磁材料的退磁曲线
B
Br
0r H
Br (1
0r H
Br
)
Br
(1
Br
H
/ 0r
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稀土永磁材料的退磁曲线
B' Br 0Mr B B Br 0rH
Br
B' B"
B" 0rH
-Hc
0H
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稀土永磁材料的退磁曲线
BBr0rH
B
Br
H0,BBr 0Mr
B0,HHcMr /r
-Hc
0H
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Rm 0
l
0S
Gm0
0S
l
RmFe
l
FeS
GmFe
FeS
l
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稀土永磁体的等效磁路
BBr0rH
Bm A BrA m0rHmA
mr0
00 rHm A0 hM rA m pHMh pG 0F 12
G0
r0 Am
hMp
永磁体内磁导
mrG0F12
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2021/3/15
稀土永磁电机的特点
结构简单、灵活，运行可靠 体积小、重量轻，功率密度高 损耗小、效率高，节能显著
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2021/3/15
永磁电机的磁路分析与设计
（一）稀土永磁材料的退磁曲线 （二）稀土永磁体的等效磁路 （三）永磁电机的等效磁路 （四）磁路分析的解析法 （五）磁路分析的图解法
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2021/3/15
稀土永磁体的等效磁路
诺顿等效磁路
hMp
S
r
N
m
0
G0
F12
稀土磁钢
mrG0F12
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稀土永磁体的等效磁路
mrG0F12 式中：
F12
r G0
m G0
F12
Fm
m G0
G 0 r B rA m 0 h M rA m p B 0rrh M p H c h M p F c F m
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2021/3/15
永磁电机的磁路分析与设计
（一）稀土永磁材料 的退磁曲线
湖北工业大学电气与电子工程学院
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稀土永磁材料的退磁曲线
B
l
Br
I
衔铁 Am
稀土永磁体的充磁
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-Hc
0H
退磁曲线
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稀土永磁材料的退磁曲线
磁通基值： brBrAm
磁动势基值： 磁导基值：
Fb Fc HchMp
Gb Fbb
r0Am
hMp
G0
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2021/3/15
稀土永磁材料的退磁曲线
稀土永磁体用标幺值表示的退磁关系
B
Br
(1
H Hc
)
r
(1
F Fc
)
BBr(1H)
r(1F)
B1H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1F
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稀土永磁同步电动机的研究进展
二、永磁电机的磁 路分析与设计
1
2021/3/15
稀土永磁同步电动机的研究进展
磁路分析与设计的重要性 “场+路” 结合的设计方法 稀土永磁电机磁路
湖北工业大学电气与电子工程学院
2
2021/3/15
稀土永磁材料的发展
钐钴1:5（20世纪60年代） 钐钴2:17（20世纪70年代） 钕铁硼（20世纪80年代）
21
2021/3/15
稀土永磁体用标幺值表示的退磁曲线
B B1H
1
1F
1
0 22
1H
0
1F
2021/3/15
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永磁电机的磁路分析与设计
（二）稀土永磁体 的等效磁路
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2021/3/15
稀土永磁体的等效磁路
磁路的磁阻与磁导
磁阻
磁导
非铁磁材料 铁磁材料
Fm
永磁体计算磁动势（虚拟磁动势）
湖北工业大学电气与电子工程学院
27
2021/3/15
稀土永磁体的等效磁路
戴维南等效磁路
hMp
S
N
m
G0
F12
Fm
稀土磁钢
F12
Fm
m G0
湖北工业大学电气与电子工程学院
28
2021/3/15
稀土永磁体的等效磁路
r
m
Fm ~m
W
0
Fm
Fc F
稀土永磁体的工作点
湖北工业大学电气与电子工程学院