1、永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)與分析摘要永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)是一種新型電機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，和直流電機(jī)相比，它 沒(méi)有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)。和異步電動(dòng)機(jī)相比，它III于不需要 無(wú)功勛磁電流，因而具有效率高，功率因數(shù)高，轉(zhuǎn)矩慣量大，定子電流和 定子電阻損耗小等特點(diǎn)。本文主要介紹永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)的發(fā)展背景和前景、工作原 理、發(fā)展趨勢(shì)，以異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)為例，詳細(xì)介紹了永磁同步電 動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)，主要包括額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求，主要尺寸，永磁體計(jì) 算，定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)，繞組計(jì)算，磁路計(jì)算，參數(shù)計(jì)算，工作特性計(jì)算， 起動(dòng)性能計(jì)算，還列

2、舉了相應(yīng)的算例。還通過(guò)Ansoft軟件的Rmxprt模塊 對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)了性能分析，得出了效率、功率、轉(zhuǎn)矩的特性曲線，并 且分別改變了電機(jī)的三個(gè)參數(shù)，得出這些參數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響。乂通過(guò) Ansoft軟件Maxwell 2D的瞬態(tài)模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行了仿真，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了磁 場(chǎng)分布計(jì)算，求出了電流、轉(zhuǎn)矩曲線和電機(jī)的磁力線、磁通密度分布圖。關(guān)鍵詞永磁同步電動(dòng)機(jī)；電磁設(shè)計(jì)；性能分析貞腳.The design of Permanent-MagnetSynchronous MotorAbstractPMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type

3、 of motor, which has the advantages of simple structure, small volume, light weight, low loss, high efficiency. Compared with the DC motor, it has no DC motor commutator and brush. Compared with the asynchronous motor, because it does not require no power excitation current, It has the advantages of

4、 high efficiency, high power factor, large moment of inertia, stator current and small stator resistance loss .The paper mainly introduces the PMSM s development background and foreground, working principle, development trend, taking asynchronous start permanent magnet synchronous motor as an exampl

5、e, it introduces in detail the electromagnetic design of PMSM, that mainly includes the rated data and technical requirements, main dimensions, permanent magnet calculation, rotor and stator punching, winding calculation, magnet circuit calculation, parameters calculation, performance calculation, c

6、alculation of starting performance , and also lists the revevant examples. We aslo can analyse the performance of PMSM through the Rmxprt module of Ansoft software and conclude that the characteristic curve of efficiency, power, torque. By changing two parameters of the motor, I get the optimal sche

7、me of the motor. Through transient module of Ansoft software Maxwell 2D to simulate the motor parameters, the magnetic field distribution of the motor is calculated, I can be obtained the curves of the current and the torque, the distribution of magnetic line of force and the distribution of magneti

8、c flux density.Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis摘要IAbstractII第1章緒論41.1 課題背景41.2 永磁電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)51.3 本文研究主要容6第2章 永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理72.1 永磁材料72.1.1 永磁材料的概念和性能72.1.2 鈦鐵硼永磁材料82.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系92.2.1 轉(zhuǎn)速和氣隙磁場(chǎng)有關(guān)系數(shù)92.2.2 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和向量圖102.2.3 交直軸電抗及電磁轉(zhuǎn)矩122.3 小結(jié)14第3章 永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)153.1 永磁同步電機(jī)本體設(shè)計(jì)153.1.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的

9、額定數(shù)據(jù)和主要性能指標(biāo)153.1.2 定子沖片和氣隙長(zhǎng)度的確定以及定子繞組的設(shè)計(jì)163.1.3 轉(zhuǎn)子鐵心的設(shè)計(jì)173.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)本體設(shè)計(jì)示例193.2.1 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2.2 永磁體及定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)203.2.3 繞組計(jì)算243.2.4 磁路計(jì)算273.2.5 參數(shù)計(jì)算313.2.6 工作特性計(jì)算343.2.7 起動(dòng)特性計(jì)算383.3 小結(jié)42第4章 永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能分析及磁場(chǎng)分析434.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能分析434.1.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)性能曲線434.1.2 重要參數(shù)的變化對(duì)性能的影響454.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁路分析47貞腳.4.2.1 永

10、磁同步電動(dòng)機(jī)的模型474.2.2 在AnsoftMaxwell2D中運(yùn)行后的結(jié)果圖484.3 小結(jié)53結(jié)論54致55參考文獻(xiàn)56附錄A57貞腳.第1章緒論1.1 課題背景永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動(dòng) 力矩大、力能指標(biāo)好、溫升低等特點(diǎn)。永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理與電勵(lì)磁 同步電機(jī)相同，但它以永磁體提供的磁通代替后者的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，使電 機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。近年來(lái)，永磁材料性能的改善以及電力電子技術(shù)的進(jìn) 步，推動(dòng)了新原理、新結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的開發(fā)，有力地促進(jìn)了電機(jī)產(chǎn)品 技術(shù)、品種及功能的發(fā)展，某些永磁同步電機(jī)已形成系列化產(chǎn)品，容量從 小到大，已達(dá)到兆瓦級(jí)，應(yīng)用圍越來(lái)越廣；

11、其地位越來(lái)越重要，從軍工到 民用，特殊到一般迅速擴(kuò)大，不僅在微特電機(jī)中占優(yōu)勢(shì)，而且在電力推進(jìn) 系統(tǒng)中也顯示出了強(qiáng)大的生命力。永磁同步電機(jī)以其效率高、功率大、結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著等一系列優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中逐步得到廣 泛應(yīng)用。尤其是近年來(lái)高耐熱性、高磁性能鉉鐵硼永磁體的成功開發(fā)以及 電力電子元件的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，目前正向超高速、高轉(zhuǎn)矩、大功率、 微型化、高功能化方向發(fā)展與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)，特 別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，體積小，質(zhì)量輕，損耗小， 效率高，電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的同步電動(dòng) 機(jī)相比較，采用永磁體既簡(jiǎn)化了電機(jī)的結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)了無(wú)

12、刷化，提高了可靠 性，乂節(jié)約用銅，省去了轉(zhuǎn)子銅耗，提高了電機(jī)效率。因而應(yīng)用圍極為 廣泛，幾乎遍及航空航天、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。 新型永磁材料的出現(xiàn)大大促進(jìn)了永磁同步電機(jī)的發(fā)展，同時(shí)也解決了制約 稀土永磁電機(jī)發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)，其中之一就是改進(jìn)永磁體加工工藝、 提高材料利用率、降低成本，使用率提高20%,加工費(fèi)降低50%用。日本 1965年就開始研制電動(dòng)車,于1967年成立了日本電動(dòng)車協(xié)會(huì)。從1996 年，豐田汽車公司的電動(dòng)機(jī)RAV4就采用了東京電機(jī)公司的插入式永磁同 步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，最大功率50kW,最高轉(zhuǎn)速1300r/min到本田公2001 年推出的燃料電池試驗(yàn)車FCX

13、-V4的驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高功率為60LW,最大轉(zhuǎn)矩 為272N.m。歐洲許多發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開始了對(duì)電動(dòng)車的研究。在電動(dòng)車驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的選擇上，不同國(guó)家各有側(cè)重：英國(guó)、法國(guó)偏重于永磁無(wú)刷直流電 機(jī)，德國(guó)偏重于開關(guān)磁阻電機(jī)。德國(guó)第三代奧迪混合電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用 了永磁同步電機(jī)。其最高轉(zhuǎn)速為12,500r/min,最大輸出功率32KV。美國(guó)的 電動(dòng)車開發(fā)比日本晚。在美國(guó)，感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計(jì)及其控制策略的發(fā)展較為 成熟，所以電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)還主要以感應(yīng)電機(jī)為主。美國(guó)兩個(gè)最高車速分 別為72hn/h和56km/h的短程混合電動(dòng)公交車上也采用了永磁同步電機(jī)作 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。1.2 永磁電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)永磁電機(jī)向大功率、高轉(zhuǎn)速

14、、高力矩、高效率同時(shí)質(zhì)輕發(fā)展。目前永 磁同步電機(jī)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、有軌無(wú)軌機(jī)車、航空航天、電梯、家用 電器、航海等領(lǐng)域，開發(fā)出高功率、高轉(zhuǎn)速、高力矩、高效率、質(zhì)輕的永 磁同步電機(jī)，可見對(duì)節(jié)能環(huán)保、高效高質(zhì)量服務(wù)等方面具有很大的推動(dòng)作 用，這也是永磁同步電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。高功率：德國(guó)西門子公司于1986年 完成了 UOOkW, 230r/ min機(jī)電一體化的交流永磁同步推進(jìn)電機(jī)；另外 1760AW永磁同步推進(jìn)電機(jī)裝于U-212潛艇試用，其長(zhǎng)度和有效體積與傳 統(tǒng)的直流推進(jìn)電機(jī)相比減少很多。目前研制的永磁同步電動(dòng)機(jī)最大功率為 14MW,轉(zhuǎn)速150r/min,用于Siemens公司和Schotel公司

15、聯(lián)合生產(chǎn)的SSP 吊倉(cāng)式電力推進(jìn)系統(tǒng)。高轉(zhuǎn)速：超高速電機(jī)典型產(chǎn)品如美國(guó)通用電氣公 司早期研制的150ZW,轉(zhuǎn)速為23000r/min的航空用起動(dòng)發(fā)電機(jī)和日本的 1000AW,轉(zhuǎn)速為15000r/min的鐵鉆永磁同步發(fā)電機(jī)。超高速電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí) 有很大的離心力，為使永磁體和其他材料不致于飛散，需要采取機(jī)械加固 措施，一般在轉(zhuǎn)子外徑處套一非磁性鋼的護(hù)環(huán)。高效率：永磁電機(jī)乂是一 種高效節(jié)能產(chǎn)品，平均節(jié)電率高達(dá)10%以上，專用稀土永磁電機(jī)的節(jié)電率 可高達(dá)15%20%。美國(guó)GM公司研制的鉉鐵硼永磁起動(dòng)電機(jī)與老式用激直 流起動(dòng)電機(jī)相比，不僅重量由原來(lái)的6.21 kg降低到4.2kg,體積減少了 1/3,而且

16、效率提高了45%。在水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)需要無(wú)級(jí)變頻調(diào)速的場(chǎng) 合，異步變頻調(diào)速可節(jié)電25%左右，而永磁變頻調(diào)速節(jié)電率高達(dá)30%以上 ；竇滿鋒等提出了油田抽油機(jī)專用稀土永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)方法，研 制的REPMSM比相應(yīng)的異步電機(jī)效率提高6.5%,功率因數(shù)提高13%,起 動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高50%。在油田抽油機(jī)上使用節(jié)能效果明顯等等。國(guó)外提高電動(dòng) 機(jī)效率的主要途徑是：（1）通過(guò)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加銅、 鋁、電工鋼板等有效材料用量，降低繞組損耗和鐵耗；（2）采用較好的 磁性材料和工藝，以降低鐵耗；（3）合理設(shè)計(jì)通風(fēng)結(jié)構(gòu)和選用高性能軸 承，降低機(jī)械損耗；（4）通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝，降低雜散損耗。國(guó)外已 開發(fā)

17、出高效同步電機(jī)。美國(guó)提出將電動(dòng)機(jī)推至極限，將生產(chǎn)超高效電動(dòng) 機(jī)。我國(guó)工業(yè)大學(xué)開發(fā)的超高效稀土永磁電機(jī)效率為94.7%”叫永磁電機(jī)的輕型化、微型化、高功能化、專業(yè)化、微型化。航空航天 產(chǎn)品，電動(dòng)車輛、數(shù)控機(jī)床，計(jì)算機(jī)、視聽產(chǎn)品、醫(yī)療器械、便攜式光機(jī) 電一體化產(chǎn)品、電梯等，都對(duì)電機(jī)提出體積小、重量輕，不同性能側(cè)重點(diǎn) 都提出了嚴(yán)格的要求：醫(yī)療微型機(jī)器、管道檢修機(jī)器人等等都對(duì)微型化電 機(jī)提出了挑戰(zhàn)；宇航設(shè)備、宇宙空間的機(jī)械手、原子能設(shè)備的檢查機(jī)器人 和半導(dǎo)體制造裝置等特殊環(huán)境下工作的電動(dòng)機(jī)，需要使用高溫電動(dòng)機(jī)和高 真空電動(dòng)機(jī)。已開發(fā)的150W、轉(zhuǎn)速3000r/min,工作在200300c高溫和133.

18、3xl（）fpa真空度環(huán)境下的三相四極永磁電動(dòng)機(jī)，直徑105 mm、長(zhǎng)145 mm,采用高溫特性好的Sm,Co”永磁體。國(guó)外專用電機(jī)占有量達(dá)80%, 通用電機(jī)占有量占20%,而我國(guó)正好相反。專用電機(jī)是根據(jù)不同負(fù)載特性 專門設(shè)計(jì)的，如油田用抽油機(jī)專用稀土永磁電機(jī)，節(jié)電率高達(dá)20%,可見 專業(yè)電機(jī)的節(jié)能潛力和高功能匹配性。動(dòng)力傳動(dòng)一體化電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)整 個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)、減速齒輪、傳動(dòng)軸）進(jìn)行一體化建模和控制，構(gòu) 建高性能、高可靠性或高精度的一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。高性能、高檔永磁同步 電機(jī)伺服系統(tǒng)高性能、高檔永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)隨著我國(guó)航空航天、汽 車、船舶、電站設(shè)備和國(guó)防工業(yè)等制造業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)

19、控機(jī)床在裝備制 造業(yè)中的重要性愈來(lái)愈明顯°優(yōu)化方面如G.H. Lee等通過(guò)分析扭矩波 動(dòng)的緣由，通過(guò)電流補(bǔ)償使力矩波動(dòng)最小的優(yōu)化控制；WUZhihong等1 通過(guò)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以速度和力矩作為輸入，正交軸電流作為輸出達(dá)到最優(yōu) 效率的永磁同步電機(jī)控制永磁同步電機(jī)漏磁大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷。高性能 的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快 速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門子、白格 拉，美國(guó)科爾摩根和日本松下、三菱及安川等公司口引。1.3 本文研究主要容本文主要研究永磁同步電動(dòng)機(jī)的本體設(shè)計(jì)，先掌握永磁同步電動(dòng)機(jī)的 原理，在此基礎(chǔ)上對(duì)一臺(tái)30kW容量

20、的永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其 電機(jī)性能和磁場(chǎng)分布進(jìn)行仿真分析，具體容如下：1）論述永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理，包括永磁材料的特點(diǎn)，永磁同步電 動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系。2）說(shuō)明永磁電動(dòng)機(jī)的本體設(shè)計(jì)，并對(duì)一臺(tái)30AW的永磁同步電動(dòng)機(jī) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁體設(shè)計(jì)，定、轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)，繞 組計(jì)算，磁路計(jì)算，參數(shù)計(jì)算，工作特性計(jì)算和起動(dòng)性能計(jì)算，得出了永 磁同步電動(dòng)機(jī)的工作特性表和合成轉(zhuǎn)矩表。3）用Ansoft軟件的Rmxprt模塊對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能分析，得 到了永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)、電流、效率、轉(zhuǎn)矩的特性曲線，分別改 變了永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心長(zhǎng)，每槽導(dǎo)體數(shù)和永磁體磁化方向長(zhǎng)度，

21、得出這些參數(shù)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)性能的影響。用Ansoft軟件Maxwell 2D 的瞬態(tài)模塊進(jìn)行磁場(chǎng)訃算，得到永磁同步電動(dòng)機(jī)的模型、剖分面、轉(zhuǎn)矩曲 線和電流曲線，不同時(shí)刻的磁力線分布圖和磁通密度分布圖。第2章永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理2.1 永磁材料2.1.1 永磁材料的概念和性能永磁材料乂稱“硬磁材料:永磁材料的主要磁性能指標(biāo)是：剩磁、矯 頑力、稟矯頑力、磁能積。我們通常所說(shuō)的永磁材料的磁性能，指的就是 這四項(xiàng)。永磁材料的其它磁性能指標(biāo)還有：居里溫度、可工作溫度、剩磁 及稟矯頑力的溫度系數(shù)、回復(fù)導(dǎo)磁率、退磁曲線方形度、高溫減磁性能以 及磁性能的均一性等。除磁性能外，永磁材料的物理性能還包括密度、電

22、導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等；機(jī)械性能則包括維氏硬度、抗壓強(qiáng)度、沖 擊韌性等。此外，永磁材料的性能指標(biāo)中還有重要的一項(xiàng)，就是表面狀態(tài) 及其耐腐蝕性能。永磁材料具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁。在鐵磁材料中，磁感應(yīng)強(qiáng)度8與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，的函數(shù)關(guān)系式非常復(fù) 雜，8的變化落后于，的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯，用磁滯回線描述，如 圖2-1,磁滯回線寬的為永磁材料，磁滯回線窄的為軟磁材料”文對(duì)同一鐵磁材料，以不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度以分別進(jìn)行反復(fù)多次反復(fù)磁 化，可得到多個(gè)大小不等的磁滯回線，如下圖2-2所示。將各磁滯回線的 頂點(diǎn)連接起來(lái)，所得到的一條曲線稱為基本磁化曲線或稱為平均磁化曲 線。圖2-2基本磁化曲線2.1.

23、2 錢鐵硼永磁材料被鐵硼永磁材料是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的第三代稀土永磁材料，具有高磁 能積、高矯頑力、高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，但目前尚存在溫度系數(shù)大和使用溫 度低等缺點(diǎn)。鉉鐵硼永磁材料是1983年問(wèn)世的高性能永磁材料。鈦鐵硼永磁的 主要成分是NdzFB,是目前磁性能最強(qiáng)的永磁材料。它的最大磁能積可 達(dá)398kJ/i/,為鐵氧體永磁材料的512倍、鋁銀鉆永磁材料的3-10 倍，理論值為527kJ/n?；剩磁可達(dá)1.47T,矯頑力最高可超過(guò) 1000A/m,能吸起相當(dāng)于自身重量640倍的重物。由于不含鉆且鈦在稀土 中的含量遠(yuǎn)高于鐵，鈦鐵硼的價(jià)格比稀土鉆要低得多。鈦鐵硼永磁的居里溫度低，為310到410 C,溫

24、度穩(wěn)定性較差，剩磁溫 度系數(shù)為(0.。950.15) %/K,矯頑力溫度系數(shù)為-(0.40.7) %/K,通常 最高工作溫度為150(,目前已有商業(yè)化的耐200 c高溫的鈦鐵硼永磁。 常溫下退磁曲線下部發(fā)生彎曲，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，易發(fā)生不可逆退磁。鈦鐵硼 廣泛應(yīng)用在永磁電機(jī)中，稀土永磁材料產(chǎn)量的三分之一以上用來(lái)制造各種 永磁電機(jī)，永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是省銅、省電、重量輕、體積小、比功率高。 電動(dòng)自行車電機(jī)、電腦驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車床等的行速與轉(zhuǎn)速的測(cè)量電機(jī)、電梯 的曳引機(jī)電機(jī)、麻將電機(jī)、冰箱空調(diào)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)動(dòng)電機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)電機(jī) 等等應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。2.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系2.2.1 轉(zhuǎn)速和氣隙磁場(chǎng)有

25、關(guān)系數(shù)(1)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是，永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同, 取決于電源頻率/和電機(jī)極對(duì)數(shù)，即(2-1)(2)計(jì)算極弧系數(shù)基波磁場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，可以認(rèn) 為空載氣隙磁場(chǎng)是帶有諧波的平頂波，計(jì)算極弧系數(shù)直接影響到基波幅 值的大小。極弧系數(shù)為M = (2-2)p QJlp 式中：&為轉(zhuǎn)子槽數(shù)。(3)空載氣隙波形系數(shù)在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，忽略齒槽影響，空教氣隙磁密波形可以近似為 矩形波，其幅值為B&i = sin(2-3)TC 2 氣隙磁密波形系數(shù)定義為空載氣隙磁場(chǎng)中基波磁密幅值與氣隙磁密最 大值的比值，即“4 . anK. = - = si

26、n (?-4)U(4)電樞反應(yīng)磁密波形系數(shù)在直軸上施加直軸電樞反應(yīng)基波磁動(dòng)勢(shì)匕，產(chǎn)生的氣隙磁密最大值和 磁密基波幅值分別為用和B,直軸電樞反應(yīng)磁密波形系數(shù)(定義為3(2-5)紇d在較軸上施加交軸電樞反應(yīng)基波磁動(dòng)勢(shì)9,所產(chǎn)生的氣隙磁密基波幅 值為紇假設(shè)交軸位置與直軸位置的磁阻相同，%則產(chǎn)生一假象的氣隙 磁密正弦波，其幅值為紇q,交軸電樞反應(yīng)磁密波形系數(shù)凡為"優(yōu)（2-6）（5）電樞反應(yīng)系數(shù)電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)為正弦波，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為方波，兩者的波形不同，求 合成磁場(chǎng)時(shí).，通常將電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)折算到相應(yīng)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。折算的原 則是：折算后產(chǎn)生的基波磁密相同。直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)&折算到勵(lì)磁磁

27、動(dòng)勢(shì)時(shí)應(yīng)乘以直軸電樞反應(yīng)系數(shù) /Cad,交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)折算到勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)時(shí)應(yīng)乘以交軸電樞反應(yīng)系數(shù) Kq °K（2-7）K 的K（6）空載漏磁系數(shù)的計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載漏磁系數(shù)4 為4 = 1 +廣（2-8）Ro式中：訕為永磁體產(chǎn)生的穿過(guò)空氣氣隙進(jìn)入定子的那部分磁通；。為由 永磁體產(chǎn)生的在轉(zhuǎn)子部閉合的那部分磁通。2.2.2 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和向量圖（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)定子繞組每相空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為用）=4.44/NKdp狄（2-9）式中：。=紇£%為永磁體產(chǎn)生每極基波磁通，汽為定子極距。永磁體 乃產(chǎn)生每極氣隙磁通R =紇。再,兩者之比定義為氣隙磁通波形系數(shù)K。因此空載電動(dòng)勢(shì)

28、&又可以表示為居,=4.44 加 KdpK 力中扣（2-10）直軸電樞反應(yīng)磁通ad在定子每相繞組中感應(yīng)的直軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)紇d = 4.44/NKdp ad（2-11）%與直軸電樞電抗之間滿足£1=-j/dXad（2-12）交軸電樞反應(yīng)磁通中叫在定子每相繞組中感應(yīng)的交軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 紇q = 4.44/NKdp 叫(2-13)瓦,與交軸電樞反應(yīng)電抗的關(guān)系EiqUj/qXaq(2-14)氣隙合成磁場(chǎng)在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用為品=4.44小中&(2-15)式中：&為永磁體和電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的每極基波磁通。(2)永磁同步電動(dòng)機(jī)的相量圖在永磁同步電動(dòng)機(jī)中

29、，定子繞組滿足的電壓方程為耳-&-4=U-/1(N+jX)(2-16)故t7 = /1(/?1+jXI) + E04-j/dXad + j/aq(2-17)=/內(nèi) +E°+j/dXd+j/qXq根據(jù)式(2-17)可畫出永磁同步電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下的向量圖，如圖2-2所 示。從相量可以看出，永磁同步電動(dòng)機(jī)滿足以下關(guān)系 = arctan(/d/q)Usin6 = KJd+Xq/q(2-18)(2-19)U8se = Eo + N/q-X/ ，d=/ sin - /q = cos， 定子電流的直軸和交軸分量分別為R、U sin6+ Xq(E()-U cos 0)用 + XdXqXJU

30、sin 6 一 Xq (&)- U cos 0/q= 吊+52.2.3 交直軸電抗及電磁轉(zhuǎn)矩由于永磁體的存在，永磁同步電動(dòng)機(jī)的直軸磁導(dǎo)較小，交軸磁導(dǎo)較 大，分別引進(jìn)了直軸電樞反應(yīng)電抗乂氧和交軸電樞反應(yīng)電抗Xaq。在進(jìn)行 計(jì)算時(shí)，可以認(rèn)為乂乳不隨鐵心飽和程度變化，而X叫則受磁路飽和程度 影響較大，應(yīng)考慮飽和影響。(1)直軸電樞反應(yīng)電抗由永磁同步電動(dòng)機(jī)相量圖可知E() =Ed ±/dXad(2-20)式中：直軸電樞反應(yīng)去磁時(shí)取號(hào)，直軸電樞反應(yīng)助磁時(shí)取號(hào)。4=4.44叫小(2-21)式中：in是電樞電流為純直流時(shí)的基波氣隙磁通。直軸電樞電流乙產(chǎn)生 的直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)幅值為%=0.

31、45?勺上山(2-23)P永磁體產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)近似為方波，而直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)為正弦波，從產(chǎn) 生基波磁動(dòng)勢(shì)的角度出發(fā)，將直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)折算到作用在永磁體上 的方波磁動(dòng)勢(shì)Fadl=心卻=045?心(2-24)P 據(jù)此進(jìn)行磁路計(jì)算，得到永磁體的工作點(diǎn)4n，則(2-25)式中-X十.對(duì)于串聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)，益看 因此直軸電樞反應(yīng)電抗為(2-26)(2-27)_瓦局_4.44。降色Rn| w=FT=(2)交軸電樞反應(yīng)電抗Xaq =1+ i J =xad 1 +螞 I Am+Aj 我 Am+AJ(3)永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 永磁同步電動(dòng)機(jī)的輸入功率為Pi = mUlx cos。=rnUIx cos(。-

32、 夕)(2-28)=m(UId sin 0 + UI ° cos 8)將式(2-18)代入(2-28)得=/ /泳 +/q/d(Xq-Xd) + E(/q(2-29)將式(2-29)扣除定子損耗M；用就是包括鐵耗和雜散損耗在的電磁功率，即Rm =8=m/q/d(Xq-Xd) + E0Zq="r'y 丫、/中7sine-REUcos0)X(2-30)(% +入小)國(guó)Usin8(Xq -Xd) + Xq(E。一Ucos)(Xq-Xd) +Eq(R；+ XdXq)l通常定子繞組電阻較小，忽略其影響，則E.m - ± U sin 0(E.-U cos )(Xq-X

33、d) + E.X.AdAq“(2-31)mUE . A,mUj 11 I . Ozj=-sin +sin 2X2 X7 X永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為T 4m Em mpUEq .八 mpU2 11 1 .一八(2-32)T =lsin(9 + - sin 26。« 6y2Xq Xd)式中：。和。分別為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度和電角速度。2.3小結(jié)本章對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理進(jìn)行了介紹，介紹了永磁材料和永磁同 步電動(dòng)機(jī)最常用的鉉鐵硼永磁材料，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系進(jìn) 行了說(shuō)明，講解了永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本向量圖，給出了永磁同步電動(dòng)機(jī) 的重要關(guān)系式，是了解永磁同步電動(dòng)機(jī)的重要基礎(chǔ)。3章永磁

34、同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)3.1永磁同步電機(jī)本體設(shè)計(jì)3.1.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)和主要性能指標(biāo)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比永磁同步電動(dòng)機(jī)雖然有諸多性能方面的優(yōu)點(diǎn)，但在 產(chǎn)品種類，使用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟方面都存在一定差距。永磁同步電 動(dòng)機(jī)主要在要求高效節(jié)能的場(chǎng)合替代感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，因此設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：高 功率因數(shù)、高效率、起動(dòng)性能好、經(jīng)濟(jì)好、工作可靠。永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè) 計(jì)就是根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、性能要求和外形尺寸要求等。在永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)中, 永磁材料的尺寸確定是非常重要的。永磁體的設(shè)計(jì)包括永磁材料的種類、 形狀、擺放位置和尺寸大小。永磁體尺寸包括軸向長(zhǎng)度磁化方向長(zhǎng)度 垢和磁化方向?qū)挾?加。/m通常等于或略小于電機(jī)的

35、軸向長(zhǎng)度，實(shí)際上， 只需要設(shè)計(jì)永磁體在永磁電機(jī)橫截面上的尺寸和m。結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和 生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出性能要求和外形尺寸要 求等，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出 性能符合要求、可靠性高、經(jīng)濟(jì)型號(hào)的合格產(chǎn)品。下面列出額定數(shù)據(jù)和主 要性能指標(biāo)要求【川。永磁同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)組要有：（1）額定功率入：額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。（2）額定電壓U'：額定運(yùn)行是的供電電壓。（3）額定頻率額定運(yùn)行時(shí)的電源頻率。（4）額定轉(zhuǎn)速/額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有：（1）額定效率八。（2）額定功率因數(shù)cos外。（3）最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（

36、失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)）Tm/Ts ；最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定 轉(zhuǎn)矩的比值，也稱過(guò)載能力。（4）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 兀/人：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。（5）起動(dòng)電流倍數(shù)起動(dòng)過(guò)程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比。（6）最小轉(zhuǎn)矩倍數(shù)43乙：起動(dòng)過(guò)程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的 比。（7）牽入轉(zhuǎn)矩倍數(shù)牽入轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。3.1.2 定子沖片和氣隙長(zhǎng)度的確定以及定子繞組的設(shè)計(jì)3.1.2.1 定子沖片尺寸和氣隙長(zhǎng)度的確定當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí).，極數(shù)確定，則定子槽數(shù)取決于每極每相槽數(shù) %,由對(duì)參數(shù)、性能影響較大。當(dāng)較大時(shí)，定子諧波磁場(chǎng)減小，附加損 耗降低；定子槽漏抗減小；槽中線圈邊的總散熱面積增大，有利于散熱； 絕緣材料用量和加工工

37、時(shí)增加，槽利用率低。綜合考慮，名在26之間選 擇，取整數(shù)，極數(shù)少、功率大的，/取大值；極數(shù)多的，取小值。對(duì)于常規(guī)用途的小功率永磁同步電動(dòng)機(jī)，為提高零部件的通用性，縮 短開發(fā)周期和成本，通常選用丫系列或丫2系列或Y3系列小型三相感應(yīng) 電動(dòng)機(jī)的定子沖片。永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁密高、體積小，可選用比相 同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)小一個(gè)機(jī)座號(hào)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子沖片。在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，為減小激磁電流、提高功率因數(shù)，通常使氣隙長(zhǎng)度 盡可能小，而在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，功率因數(shù)可以通過(guò)調(diào)整繞組匝數(shù)和永 磁體進(jìn)行調(diào)整，氣隙長(zhǎng)度對(duì)雜散損耗影響較大，因此通常比同容量的感應(yīng) 電動(dòng)機(jī)氣隙長(zhǎng)度大0.10.2mm。在永磁體尺寸一定的前提下

38、，適當(dāng)增大氣 隙，對(duì)每極基波磁通影響較小。3.1.2.2 定子繞組的設(shè)計(jì)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)含有大量的諧波，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 中諧波含量也較高，為避免三次諧波在繞組各相之間產(chǎn)生環(huán)流，三相繞組 的連接通常采用丫形接法。（1）定子繞組型式和節(jié)距選擇與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，永磁同步電動(dòng)機(jī)使用的繞組型式有單層繞組、雙 層繞組和正弦繞組等。其中單層繞組乂分為同心式、鏈?zhǔn)胶徒涣x式，區(qū)別 在于端接形狀、線圈節(jié)距和線圈之間的連接順序。這些繞組形式各有其特 點(diǎn)和適用場(chǎng)合。單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是：槽無(wú)層間絕緣，槽利用率高；同一槽導(dǎo)體 屬于同一相，不會(huì)發(fā)生層間擊穿；線圈數(shù)比雙層少一倍，線圈制造和q 嵌線方便。但也存在缺

39、點(diǎn)，如不能做成短距以改善磁場(chǎng)波形，主要用于 160及以下機(jī)座。其中同心式繞組的端部用銅多，線圈尺寸不同，制造復(fù) 雜，多適用于%=4、6、8的二極電機(jī)；鏈?zhǔn)嚼@組適用于%=2的4、6、8 極電機(jī)；交叉式繞組適用于名為奇數(shù)的電機(jī)。雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是：可通過(guò)合理選擇節(jié)距改善磁場(chǎng)波形；端部 排列整齊，線圈尺寸相同，便于制造。缺點(diǎn)是絕緣材料用量多，嵌線麻 煩。主要用于180及以上機(jī)座號(hào)的電機(jī)。為消弱磁勢(shì)及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的5 頁(yè)腳.次、7次諧波，通常選擇節(jié)距、=56。對(duì)于兩極電機(jī)，為便于嵌線和縮 短端部才長(zhǎng)度，除鐵心很長(zhǎng)的以外，?。? 233。正弦繞組。正弦繞組的優(yōu)點(diǎn)是諧波含量少、磁場(chǎng)波形好，但線圈尺 寸、匝

40、數(shù)不同，制作較復(fù)雜，多用于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形要求高的場(chǎng)合。（2）每相串聯(lián)匝數(shù)的確定永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和功率因數(shù)都與每相串聯(lián)匝數(shù)直接相關(guān)。 在確定每相串聯(lián)匝數(shù)時(shí)，通常先滿足起動(dòng)要求，再通過(guò)調(diào)整永磁體滿足功 率因數(shù)的要求。永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)差，故每相串聯(lián) 匝數(shù)少，起動(dòng)電流倍數(shù)高。（3）電流密度選擇、線規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)的確定一般來(lái)講，在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，為達(dá)到高效節(jié)能的目的，電流密度 通常比同容量的感應(yīng)電機(jī)低，同時(shí)每相串聯(lián)匝數(shù)較小也為低電流密度的采 用提供了保證。導(dǎo)線截面積為% = I（3-1）“Mi 4式中：明為并繞根數(shù)。對(duì)于小電機(jī)，每槽導(dǎo)體數(shù)較多，非常容易選擇合 適的

41、每槽導(dǎo)體數(shù)以滿足起動(dòng)性能的要求，為避免極間連線過(guò)多，6通常取 小值；對(duì)于容量較大的電機(jī)，每槽導(dǎo)體數(shù)較小，通常取大值以增加每槽 導(dǎo)體數(shù)，增大其選擇余地，滿足起動(dòng)性能的要求。小型永磁同步電動(dòng)機(jī)通 常采用圓銅線，為便于嵌線，線徑不超過(guò)1.68mm,線徑應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)值。線 規(guī)確定后，要核算槽滿率，槽滿率一般控制在75%80%,機(jī)械化下線控 制在75%以下。3.1.3 轉(zhuǎn)子鐵心的設(shè)計(jì)3.1.3.1 定轉(zhuǎn)子槽配合同感應(yīng)電動(dòng)機(jī)類似，當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子槽配合不當(dāng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn) 附加轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲增加，效率下降。在選擇槽配合時(shí)，通常遵循 以下原則：（1）考慮到轉(zhuǎn)子磁路的對(duì)稱性，轉(zhuǎn)子槽數(shù)0為極數(shù)的整數(shù)倍，且采

42、用多槽遠(yuǎn)槽配合。（2）為避免起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生較強(qiáng)的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該使轉(zhuǎn)子槽數(shù) 0 41.25（9 + ）。（3）為避免產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該使定轉(zhuǎn)子槽數(shù)的關(guān)系為 0工。1、。2工。1 土、R1l±2。（4）為避免單向振動(dòng)力，應(yīng)。2工。1 土 、。2工。1 土 ±1。3.1.3.2 轉(zhuǎn)子槽形及尺寸永磁同步電動(dòng)機(jī)可用的轉(zhuǎn)子槽如圖3-1所示。為了有效隔磁，通常用 采用平底槽。在小型置式永磁同步電動(dòng)機(jī)中，為了提供足夠空間放置，槽 高度較小，集膚效應(yīng)遠(yuǎn)不如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)明顯，且凸形槽和刀形槽形狀復(fù) 雜、沖模制造困難，故通常采用梯形槽。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的主要作用是用于起動(dòng)，同步運(yùn)行時(shí)，氣隙基波磁場(chǎng)

43、不再轉(zhuǎn) 子導(dǎo)條中感應(yīng)電流，因此在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子槽和導(dǎo)條時(shí)，主要考慮起動(dòng)性能、牽 入同步性能和轉(zhuǎn)子齒、加部磁密裕度較大。通常情況下，增大轉(zhuǎn)子電阻， 可以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但牽入同步能力下降，因此在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子槽和端環(huán)時(shí).， 要兼顧起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和牽入轉(zhuǎn)矩的需要。用于永磁體是從轉(zhuǎn)子端部放入轉(zhuǎn)子鐵心的，從工藝方面考慮，通常永 磁體槽和永磁體之間有一定的間隙，其大小取決于沖片的加工和疊壓工藝圖3-1轉(zhuǎn)子槽形3.1.3.3 永磁體設(shè)計(jì)在永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，永磁體形狀通常為矩形，主要尺寸為：每 極永磁體的總寬度、永磁體充磁方向長(zhǎng)度和永磁體軸向長(zhǎng)度，其中永磁體 軸向長(zhǎng)度跟電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心長(zhǎng)度相同，因此只需確定每極永磁體的總寬度和

44、 永磁體的充磁方向長(zhǎng)度。確定永磁體充磁方向長(zhǎng)度的原則是：在永磁材料用量盡可能少的前提 下，保證永磁體在電機(jī)最大去磁工作狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生不可逆去磁，保證永 貞腳.磁體在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下有合理的工作點(diǎn)。此外永磁體充磁方向長(zhǎng)度還于直軸電 抗有關(guān)，但在設(shè)計(jì)時(shí)考慮較少。3.2永磁同步電動(dòng)機(jī)本體設(shè)計(jì)示例3.2.1 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸（1）額定功率：R=30kw（2）相數(shù)：? = 3（3）額定線電壓：Uni=380V（4）額定頻率：f = 50HZ（5）極對(duì)數(shù)： =3（6）額定效率：以=94%（7）額定功率因數(shù)：cos% =0.95（8）失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù):%n=（8（9）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：心=3.0（10）起動(dòng)電流倍數(shù)：C

45、 =9.7（11）繞組形式：雙層、丫聯(lián)接（12）額定相電壓:Un = % / /=38。/ 人=219.39V（13）額定相電流：I - PnxIO' _30x10，ticmaN "UnnCos0n 3x219.39x0.94x0.95（14）額定轉(zhuǎn)速：匹=8上= ®a = 1000i7min P 3-u、g-在什 t 9.549xx10 9.549x30xlO3sz（15）額定轉(zhuǎn)矩：“= 286.47N-m1000（16）轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)：串聯(lián)式結(jié)構(gòu)（17）氣隙長(zhǎng)度：d = 0.07cm（18）定子外徑：Dx = 40cm（19）定子徑：A= 28.5cm（20）轉(zhuǎn)子

46、外徑：-23 = 28.5-2x0.07 = 28.36cm（21）轉(zhuǎn)子徑:D, = 10cm（22）定/轉(zhuǎn)子鐵心長(zhǎng)度：L,/L2=21/21cm(23)電樞計(jì)算長(zhǎng)度：L. =L+2d = 21 + 2x 0.07 = 21.14cm ci a式中：4為6和4中較小者。(24)(25)(26)定/轉(zhuǎn)子槽數(shù)：QJQ =72/54定子每極每相槽數(shù)：q = QJ(2?p) = 72/(2x3x3) = 4極距：辿=的史915cm(27)硅鋼片重量:26貞腳.Gw =2改4K屋 2 + A > x 1 °" = 7.8 x 21 x 0.93x (40 + 0.5)2 x 1

47、0=249.87 式中：沖剪余量為= 0.5cm； 4等于4和4中較大值；鐵的密度 Pre = 7.8g/cm3 ；鐵心疊壓系數(shù)/七=0.93。3.2.2 永磁體及定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)(28)永磁材料：永磁體為燒結(jié)鈦鐵硼永磁。20 c時(shí)。剩堿為緯o = l.O8T,矯頑力為H®= 898kA /m30 .計(jì)算剩磁密度:g=1 +。- 20)aBr(l-&)第。=1 + (60-20) x 篙=1.123T式中：耳的可逆溫度系數(shù)&=-0.12%1<7；斗的不可逆損失率IL =0% ”;預(yù)計(jì)永磁體的工作溫度/ = 60 C。(29)計(jì)算矯頑力：/7c = l + (t-2

48、0) 為1 一卷;生。-0 12=l + (60-20)x x898100=854.9kA/m1.18(30)相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率：= 1.05紇20。乩2o x 1 爐4乃 x 10-7 x 898 x 103式中：真空磁導(dǎo)率。=4兀xKT,H/m。(31)磁化方向長(zhǎng)度：m = 0.42cm(32)每極永磁體寬度:bm = 12.4cm(33)永磁體軸向長(zhǎng)度：Lm=21cm(34)提供每極磁通的截面積：4 mAn = 260.4cm?(35)永磁體重量：Gm=2paAJmPmX10-'=6x12.4x0.42x21 x7.45x 10-3=4.889kg式中永磁體密度Pm = 7 45g

49、/cm3 o% = 0.1cm% = 0.38cm= 0.68cm八=0.45cm% = 2.1cma = 35h = 0.105cm(37)轉(zhuǎn)子槽形：如圖3-3如1點(diǎn)八V/定1皿+2(跖+3)A一2萬(wàn)-2x0.45M28.5 + 2x(0.l + 2.l)72=0.535cm _ma+2(M+4)112 a 一"128.5 + 2x(0.1 + 0.105) =0.6872= 0.581cm九1一九，八0” 0.581-0.535=0.535 += 0.55cm(41)(42)(43)(44)定子規(guī)計(jì)算高度：怎= "1"一(九"+飽+|340 28.5

50、 ,門令 八 vu 2、=-(0.1 + 2.1 + 0.45 X )23=3.25cm定子齒磁路計(jì)算：f r 7;3.0.45- vII. = Ik t = 2.1H 2.25cm11i2 33定子視磁路計(jì)算：jrjtLn = 一(2 一垢)=(40-3.25) = 9.62cm4p 12定子齒體積：(45)(46)V1=QIKvJinbl = 72 x 21x0.93x2.25x0.55 = 1740.123cm3定子箱體積：=% x 21 x 0.93 x3.25x (40 - 3025)=7324.41cm5轉(zhuǎn)子齒距：28.36乃=1.65cmQi54(47)(48)轉(zhuǎn)子齒磁路計(jì)算長(zhǎng)度

51、：h12 = 1.8cm轉(zhuǎn)子規(guī)計(jì)算高度：h = DD -f j = 28.36-10_j 88_042 = 6.88cmj2 2巾 2（49）轉(zhuǎn)子加磁路計(jì)算長(zhǎng)度：Li2=（D.+ 九2 ） = x（10 + 6.88） = 4.42cm 4 以123.2.3 繞組計(jì)算（50）每槽導(dǎo)體數(shù)：乂=32（51）并聯(lián)支路數(shù)：=6（52）并聯(lián)根數(shù)-線徑：2Vtl-Jn =2-1,3N- - 4、=0 0.0NN ,是并繞根數(shù)；4）為導(dǎo)線裸線直徑（mm） 0（53）每相繞組串聯(lián)匝數(shù)："=2=匚出=64 2max 2x3x6（54）槽滿率計(jì)算：槽面積.2r. +b._ tcyA =一（2/?）+寸2

52、x4.5 + 0.68 個(gè)，“、0 45%=（2.1-0.2） +22=1.819cm2式中：槽楔厚度/? = 0.2cm。槽絕緣面積：A =G（22 + 町 +2 +b1）=0.035 x（2x2.1 + 0.45乃 + 2x 0.45 + 0.68）= 0.2518cm2槽絕緣厚度：Cx = 0.035cm槽有效面積：4 = A-A =1.819-0.2518 = 1.567cnf槽滿率：_ 2乂(4+4)-+ 刈(42+42)f4.32x2x(L3+ 0.081一 L567 = 77.78%對(duì)應(yīng)4)導(dǎo)線的雙邊絕緣厚度% =0.08“、兒)=008%。(55)節(jié)距:y = U槽(56)繞組

53、節(jié)距因數(shù)：Kvi =sin(-)=sin() = 0.9914式中6 y"u22mq 3x4 12sin(4x x) 12 2(57)繞組分布因數(shù)：2 p 九67rsin(qA：dI=- = 0.9577, a廣g sin 冷)4xsin(x-)（58）斜槽因數(shù):八.，&、 c . ,14.96、2 sin() 2 x sin()0.262?- =Z一 = 0.9975a、式中：a =也乃= _L?fZ = 0261(弧度)=14.96。'弓 14.915(59)繞組因數(shù):長(zhǎng)切=Kd|Kp|K、口 = 0.9975 x 0.9577 x 0.9914 = 0.947圖

54、34定子線圈示意圖(60)繞組平均半匝長(zhǎng)： 定子線圈如圖3-4所示。4 = L, + 2® + &)=21 + 2+(L5 + 9.306) = 42.612cm d為繞組直線部分伸出長(zhǎng)，取d = 1.5cm ,雙層線圈端部斜邊長(zhǎng)：4 = rv/(2cosa0) = 15.05/(2x0.808) = 9.306cmA + 2斗0.68 + 2x 0.45sin =!=0.5896° 4 +2弓 +2/ 0.68 + 2x0.45 + 2x0.55cos a。= l-sin2 a() = Jl-0.5896, = 0.808一(4+2h+4+/ + 4)河y-2P1

55、=(28.5 + 0.2 + 0.105 + 2.1 + 0.45)12x6=15.04cm式中：片為線圈節(jié)距有關(guān)的系數(shù)，對(duì)單層同心式線圈或單層交叉式線圈, 片平均值，對(duì)其他形式線圈，入邛。(61)線圈端部軸向投影長(zhǎng)：7d =" sin = 9.306x 0.5896 = 5.49cm(62)線圈端部平均長(zhǎng)：LP = 2(J + L.) = 2 x (1.5 + 9.306) = 21.612cm XwCt(63)定子導(dǎo)線重量：Ga =1.05 即 cuQNL1Vx史曲叢曲1x10-52x1.32=1.05 x 8.9 x72x32x 42.612 x -x4=24.34kg式中：Pcu =8.9g/cnr o3.2.4磁路計(jì)算(64)極弧系數(shù):(65)(66)(67)(68)式中：a = '/m =- = 0.889QJ2P 9計(jì)算極弧系數(shù)：= 0.889氣隙磁密波形系數(shù)：4 . 44 4 . 0.8894降=