永磁同步電機之關于電動機本體的電磁設計特點

無槽無刷永磁直流電動機不同于傳統(tǒng)的電動機，電樞不存在齒槽結構，而是采用表面繞組；電樞鐵心是環(huán)體狀的，繞組均勻地粘在環(huán)形鐵心上。轉子由轉軸、轉子導磁體和永磁材料組成，轉子導磁體套在轉軸上，永磁體采用高性能稀土永磁材料。

無槽無刷永磁直流電動機的設計原則為，在保證電氣性能和機械可靠性的前提下，合理的設計出電動機的電氣氣隙，確定出磁性材料的體積、厚度，最大限度地提高稀土永磁材料的利用率，從而得到高功率／體積比和高轉矩／體積比的無槽無刷直流電動機。

該種電動機的電磁設計最關鍵的問題是電磁負荷的選擇，對于不同的性能要求和使用場合，電磁負荷選擇不同。由于該電動機電氣氣隙較大，我們可以選擇較大的電負荷。這樣，電樞繞組的直流電阻就會較小，對驅動系統(tǒng)電流環(huán)控制比較容易，且電動機的溫升也比較容易控制。對于電負荷選擇可為50-15OA / m之間。磁負荷選擇首先要考慮永磁材料的性能。同時還要考慮電動機的氣隙長度，考慮到該種電動機由于電氣氣隙大，永磁材料應采用強磁材料，如NdFeB等材料，而氣隙長度應考慮在電樞繞組能合理布置前提下盡可能小。一般情況下，

電氣氣隙在4一smm 。當磁性材料與磁路結構初步確定后，可按下述步驟計算：l）以矩形波驅動無槽無刷直流電動機為例，則氣隙磁通中。為。

    利用上述關系，用圖解法即可求出B 。，如果所得B 。值與預先設定值接近，則磁鋼設計合理，否則應調整磁路尺寸再進行迭代計算，直至合適為止。無槽無刷直流電動機當電樞繞組通電后，將產生跳躍式旋轉磁場，電樞繞組有星形及封閉式兩種接線方式。電子開關電路分為橋式和非橋式兩種電路。根據(jù)需要參考本書第9章選取。當電樞繞組接線方式和電子開關電路選定后，即可根據(jù)相應公式確定每相串聯(lián)導體數(shù)和總導體數(shù)，以及根據(jù)電流密度選取導線線規(guī)。

在繞組設計時應該根據(jù)給定的額定轉速取空載轉速，因為空載轉速的確定與轉速變化斜率有關，即與繞組導線電阻有關，顯然繞組確定后需要重新核算空載轉速，直至合適為止。當繞組確定后應進一步確定槽滿率（虛擬槽），如不合適而進一步改變線規(guī)，甚至改變磁性材料尺寸。

8 . 7永磁無刷直流電動機的電磁設計

由于永磁無刷直流電動機是集電機本體、驅動器和轉子位置傳感器于一體的機電一體化系統(tǒng)，因而設計時對于給定的技術指標。首先應從系統(tǒng)的角度確定總體方案，進一步再考慮電動機本體的諸多問題。當然，就其電動機本體而言，與普通無刷電動機也就是說與普通同步電動機有很多相同之處，而我們重點要討論無刷永磁直流電動機本體設計中與其他電動機如永磁同步電動機、永磁直流電動機不同之處。

8 . 7 . 1電動機系統(tǒng)的總體方案確定

1．電樞繞組形式與主開關的接法

電樞繞組相數(shù)一般有兩相、三相與四相繞組，接法則有△聯(lián)結和多邊形聯(lián)結。逆變器接法有橋式和非橋式兩種，逆變器與電樞繞組相結合可以形成多種方式，工作方式也有一相導通三相三狀態(tài)，兩相導通三相六狀態(tài)，三相導通三相六狀態(tài)等。

目前常用的繞組為三相繞組，對于逆變器常采用三相橋式換相電路有較好的電氣性能，但使用的功率開關器件多，三相非橋式電路開關器件可減半，兩種逆變器接法適用于不同場合，均獲得廣泛應用。相應逆變器工作方式也以一相導通三相六狀態(tài)和兩相導通三相六狀態(tài)的應用最廣。

2．矩形波與正弦波電動機的選擇

矩形波電動機設計時，要獲得矩形波氣隙磁感應強度，通常勵磁永磁體為瓦片式徑向放置，極弧寬度應大于120 “電角度，而且極弧寬度應盡量大，繞組形式用整矩集中繞組，從而獲得梯形波反電動勢，這時電樞電流為矩形波；正弦波電動機是假設氣隙磁場按正弦波分布，繞組形式用短距分布繞組，反電動勢波形為正弦波，電樞電流波形為直流電源電壓與電樞正弦波反電動勢的插值曲線。

由于瓦片形永磁體勵磁方式氣隙磁感應可以做到矩形波，因而電動機設計方法比較準確；而用切向式永磁體作勵磁方式，氣隙磁場接近正弦波，只能計算基波的情況，因而用設計方法設計此種電動機時，使用了一定的近似值。

3．轉子位置傳感器方案選擇

根據(jù)電動機功率、體積、起動轉矩、伺服性能、工作環(huán)境不同決定采用有位置傳感器或無位置傳感器方案，一般體積、功率較小時，或工作環(huán)境較差時，可選用無位置傳感器方案；功率、體積較大者可采用有位置傳感器方案。