三相永磁同步电机之永磁体选择及设计

( l）永磁体选择。尽管永磁材料多种多样，但应用于调速永磁同步电动机的永磁材料只有稀土磁体，即钦铁硼永磁和衫钻永磁，两者都具有很高的磁性能。相对于后者，前者的剩磁密度更高，价格较低，但温度系数较高，居里温度较低，更适于民用调速永磁同步电动机，在设计时必须进行永磁体最大去磁工作点的校核。

( 2）永磁体设计。不同的转子磁路结构，永磁体尺寸的设计也不同。对表面式转子磁路结构调速永磁同步电动机，其永磁体尺寸可近似由下式确定：

对内置式转子磁路结构永磁同步电动机，永磁体尺寸的确定比较复杂，因为它与许多因素有关，如确定永磁体的磁化方向长度时，应考虑它对永磁体工作点、抗去磁能力和弱磁扩速能力的影响。

一、气隙磁密波形优化

调速永磁同步电动机需要正弦波分布的空载相电动势与正弦波相电流相互作用，产生没有波动的平稳电磁转矩。如果气隙磁密正弦分布，则电机的定子绕组可以不采用短距和分布等措施就能得到正弦性良好的空载相电动势。在通常的转子磁路结构中，由永磁体产生的气隙磁密不是正弦分布，为此必须进行气隙磁密波形的优化。

( 1）表面式磁体结构永磁同步电动机。

对表面式磁体结构永磁同步电动机，可以通过优化电机的极弧改善气隙磁密波形，在相同极弧系数下，电机的极对数越多，永磁气隙磁密波形正弦性越好；通过对永磁体极弧范围内磁化方向长度的优化，同样可以改善永磁气隙磁密波形；还可采用HALBACH磁体结构得到较接近正弦波分布的气隙磁密波形。此外，HALBACH磁体结构还具有很强的磁屏蔽作用，可以大大降低转子扼部铁心厚度，甚至省去转子扼部铁心，对电机转动惯量和体积重量的减小极为有利。

( 2）内置式磁体结构永磁同步电动机。

在内置式磁体结构永磁同步电动机中，要想得到较接近正弦波分布的永磁气隙磁密，可通过极靴的优化来实现，即采用不均匀气隙，参见第五章。

二、齿槽转矩的抑制和低速平稳性的改善

高精度的调速传动系统通常要求具有较高的定位精度。影响永磁同步电动机定位精度的主要因素是永磁体不通电时所呈现出的齿槽转矩，该转矩力图使电动机转子定位于某一位置。齿槽转矩的削弱方法已在第五章中讨论，在此不再赘述。低速平稳性是调速永磁同步电动机的一个重要指标。影响电动机低速平稳性的主要原因是电动机低速运行时的脉动转矩，包括电动势或电流非正弦引起的纹波转矩和齿槽转矩。减小电动机低速转矩脉动的主要措施如下：

( 1）增大气隙长度。

( 2）采用定子斜槽或转子斜极。

( 3）减少定子槽口宽度或采用磁性槽楔，或采用无齿槽定子结构。

( 4）合理选择定子槽数，使电机绕组采用短距分布绕组或采用分数槽结构。

( 5）进行气隙磁密波形的优化。

( 6）采用阻尼绕组。

调速永磁同步电动机的设计除了上述特殊要求外，其他性能计算与异步起动永磁同步电动机相同，在此不再赘述。