【《永磁同步电动机的结构分析概述》3900字】

永磁同步电动机的结构分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u29053永磁同步电动机的结构分析概述 1150431.1永磁同步电动机的总体结构 2264501.2永磁同步电动机转子磁路结构 365751.1.1表面式转子磁路结构 399661.1.2内置式转子磁路结构 4278691.1.3爪极式转子磁路结构 115091.3隔磁措施 11永磁同步电动机和电励磁同步电动机，两者有着相同的运行原理，不同的是永磁同步电动机通过永磁体进行磁通的供给，而电励磁同步电动机则是通过绕组励磁。永磁体激磁简化了电动机结构，从而简化了其加工和装配，相应的费用也就更低。另外，集电环和电刷也被省略，电动机的运行也就更不容易出错，提高了可靠性。又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，其效率和功率密度也随之提高。因为它多方面的优越性，被越来越多的领域所使用。现如今，人们对永磁材料和电力电子器件的研究投入不断加大，致力于提高其性能的同时能够更加具备经济性，这也推动了一些关于电机的先进理论和控制技术突飞猛进的发展，出现了越来越多的新磁路结构，关于永磁同步电动机的各种分析设计出现了越来越多值得研究的问题。永磁式的同步系列电动机的正常连续运行静电控制工作原理与非导电励磁式的同步系列电动机相同,但它以永磁体所需的能够同时提供的磁通道和换挡器励磁取代后者的动磁式导电绕组励磁,使得同步电动机的整体结构比较简单,降低了同步电动机的材料加工和设备安装维护费用,且它不仅省去了很多容易出现发生漏电问题的永磁集电环和同步电动机的毛刷,提高了同步电动机正常连续运行的工作稳定性和可靠性的程度;又由于无须励磁控制电流,省去了励磁电流损耗,提高了同步电动机的工作效率和最大功能传动密度。因而其特别是近几年来的研究已经开展得比较多,且在各自的研究领域都已经开始得到了越来越普遍的广泛应用。1.1永磁同步电动机的总体结构永磁同步电动机总体结构可以划分为三个重要的部件,分别称为定子、转子及端盖。对比于普通感应式电动机,永磁同步电动机的定子结构与它们的基本相同,为了尽量减小电动机在高速运行过程中产生的电动机铁耗,两者皆采用了叠片式定子结构。降低电动机工作时的铁消耗。而这种转子的铁心结构根据不同的要求就可以做出所做可能性的不同,可以做出实心的,或者用叠片叠压而成。如图2-1为永磁同步电动机的横截面示意图，可以清楚的看出定子，转轴与转子铁心之间的大体相似。电枢绕组一般可以分为两种,一种是集中式的整距绕组,另一种则是分布式的短距绕组和不按规律进行的非常规绕组。一般而言,前者主要适合于矩形波永磁同步电动机,而后者主要适合于正弦波永磁同步电动机。而非常规绕组的设计和使用主要是在一种特殊的情况下,即有些永磁同步电动机的设计中,其磁动势是通过正弦波电流进行控制的,为了改善和提高永磁同步电动机的工作性能,必须尽量减小电动机绕组所产生的磁动势和空间上的谐波,这时候就需要对电动机采用特定的非常规绕组,如图2-2所示,通过对这样特殊的正弦绕组,使得永磁同步电动机旋转矩形纹波会很好地减小,因而促进了电动机更加安全的运行。同时,定子绕组还可以通过Y接法方式实现发电机杂散损耗率的降低。此外,永磁同步电动机还有一个重要不容忽视的重要尺寸,即气隙的长度,它对电动机交、直轴电抗起到了决定性的作用,也对电动机装配及杂散损耗等起重要影响,进而直接影响着永磁同步电动机的整体性能。图2-1永磁同步电动机横截面图2-2非常规分布永磁同步电动机绕组1-定子2-永磁体3-转轴4-转子铁心1.2永磁同步电动机转子磁路结构采用不同的电动机转子磁路结构设计的电机，将产生不同的电机性能，其使用的方向和场合以及相关工艺也都会有所区别。现如今，永磁电机的研究突飞猛进，特别的，外转子永磁同步电动机所具备的各种优异性能，使其应用越来越广泛。它的主要优点是在不稳定负载的情况下，它有着很高效率和输出功率，这主要得益于该类电动机的转动惯量比普通永磁同步电动机要大，和它更大的电枢铁心直径。除了外转子永磁同步电动机的结构，在其他方面皆与普通永磁同步电动机相同。通常，我们根据永磁体在转子上的不同位置，将其转子磁路结构一分为表面式、内置式和爪极式。下面是对这三种结构的介绍。1.1.1表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构中，永磁体一般位于转子铁心外表面，且其形状一般为瓦片形，永磁体提供的是径向磁通。非磁性圆筒主要起的是保护作用，它位于永磁体外表面与定子铁心内圆之间。有时也用无纬玻璃丝带作保护层，使用时将它包裹在永磁磁极的表面。有的电机为了降低生产成本，通常采取永磁磁极用许多矩形小条拼装成瓦片形的方式。表面式转子磁路结构又可以分为分为凸出式和插入式两种，如图2-3所示。在电磁性能方面，因为永磁材料的相对回复磁导率和1接近，表面凸出式转子则属于隐极转子结构，但对于表面插入式转子来说，其相邻永磁磁极之间有铁磁材料的存在且磁导率很大，所以电磁性能上属于凸极转子结构。1.表面凸出式转子结构被广泛应用于矩形波永磁同步电动机和恒功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机，这主要是由于其结构比较简单，制造花费低且转动惯量小。表面凸出式转子结构更容易对永磁磁极进行设计，容易使其达到最优设计，大大提高电机性能。1.表面插入式转子结构，通过转子磁路不对称这种特性，充分利用其产生的磁阻转矩，能够实现功率密度的有效提高，相较于凸出式转子结构，该结构下电机的动态性更好，且制造工艺也更加简单，但制造成本更高且漏磁大。一般被调速永磁同步电动机所采用。综上，表面式转子磁路结构不仅工艺简单，而且成本低廉，因此有广泛的应用，特别是应用于矩形波永磁同步电动机。图2-3表面式转子磁路结构1-永磁体2-转子铁心3-转轴1.1.2内置式转子磁路结构内置式转子磁路结构中，其永磁体位于转子内部，有保护极靴的作用，极靴由铁磁物质制成，位于永磁体外表面与定子铁心内圆之间，起起动作用的铸铝笼或铜条笼可以放置其中。该转子磁路结构具有良好的动、稳态性能好，因此在动态性能高的永磁同步电动机得以广泛应用。不对称的转子磁路结构产生的磁阻转矩，充分利用可使电动机的过载能力得到很大提高，功率密度也有所增长，“弱磁”扩速也就相对更加容易。根据水磁体磁化方向与转子旋转方向之间的关系，内置式转子磁路结构又可分为径向式、切向式和混合式三种。径向式结构，该结构(图2-4)具有漏磁系数小、转轴上不需采取隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片机械强度高、安装永磁体后转子不易变形等。如图2-4a是早些时期所采用的转子磁路结构，慢慢的已经很少使用。如图2-4b和c，看得出其磁路结构较简单，永磁体以轴向形式插在永磁体槽中，漏磁通被隔磁磁桥所限制，使其运行相对可靠。图2-4c比b相比，c具有更大的永磁体空间。图2-4d是外转子结构，它也是内置式转子磁路结构的一种。a.b.c.d.图2-4内置径向式转子磁路结构1-转轴2-永磁体槽3-永磁体4-转子导条切向式结构，该类结构(图2-5)相比于径向式，其制造程序更为复杂，相应的成本也有一定的提高。该结构还有很大的漏磁系数，隔磁措施也是必不可少的。其优点在于有更大的每极磁通。尤其在电动机极数很多的情况下，径向式结构难以满足每极磁通，就必须改为切向式结构。另外，切向式转子结构的使用可以更加充分利用磁阻转矩，使其在总转矩中的占比得到显著提高，有利于电动机功率密度的提高。a.b.图2-5内置切向式转子结构1-转轴2-空气隔磁槽3-永磁体4-转子导条混合式结构，该类结构(图2-6)是对径向式和切向式转子结构优势的结合，良好性能随之带来的还有其结构和制造的高难度，以及其昂贵的制造成本。图2-6a的混合式转子磁路结构,其采用的是非磁性转轴，主要应用在铁氧体永磁的永磁同步电动机。近年来，使用比较多的转子结构如图2-6b所示结构，该结构同样采用了隔磁磁桥隔磁。图2-6c和d是由图2-4径向式结构b和c混合形成的磁路结构。其主要特点是永磁体的径向与切向有着相同的磁化方向长度。在图2-4b和c、图2-6c和d这四种结构中，转子为永磁体提供的空间越来越多，空载漏磁系数越来越低，但同样的，制造过程也更复杂，成本也更高。此外，在转子磁路结构的选择还要考虑多方面的因素，如电机的交、直轴同步电抗及其两者比例。磁路结构和尺寸具有多样性，交、直轴同步电抗的选择必须通过电磁场的数值计算。相对来说，较大的同步电抗可使电机的牵入同步能力提高，同时，磁阻转矩和电动机的过载倍数也得到一定提高。a.b.c.d.图2-6内置混合式转子磁路结构1-转轴2-永磁体槽3-永磁体4-转子导条1.1.3爪极式转子磁路结构爪极式永磁转子系统采用了永磁路径式结构,其主要部分有两个组成部件,第一部分为两个圆型带爪的圆形法兰盘,第二部分则是一个圆形的环形永磁体。左右不同种类的圆形法兰盘都总是有着一样的两个爪数,同时它们之间的两个爪极互相交叉错位,并且都勾地面的分布于一个圆周。而永磁体则主要是由于轴向相反方位运动进行的充磁,导致左右两个驱动法兰盘之间的两个爪极作用产生了一种在磁极性上的差异,相互作用间断形成错开永磁体和同步调速电动机的两个磁极。爪极式高速转子起动结构采用永磁起动同步高速电动机的转子结构虽然很简单,但其并没有完全具备高速同步起动时的性能,也就并没有异步高速起动的其他特点。1.3隔磁措施我们都知道,过大的漏磁系数可能会降低永磁性材料的综合利用率,因此必须针对转子结构做出相应的隔磁处理。图2-7分别作为几个较典型的隔磁装置。其中b的一个冲片区域被称为隔磁性电桥,磁通则主要是由于通过该区域达到一定的饱和,从而有效地限制了漏磁。磁阻受b大小的影响,b越小,该区域内的磁阻也就相对地增加,从而限制漏磁通道。然而