永磁电机的磁路分析与设计
现代永磁电机调速理论第3章磁路计算
现代永磁电机调速理论第3章磁路计算磁路计算的目的是通过计算磁路中的磁通、磁势和磁场分布等参数，来确定电机的磁路结构。
在磁路计算中会用到磁场分析、磁路闭合等理论和方法。
下面分别介绍这些理论和方法。
首先，磁场分析是磁路计算的基础。
通过磁场分析可以确定电机中的磁通分布情况，包括主磁通和漏磁量。
磁场分析可以采用有限元法、解析法等方法。
有限元法是一种常用的数值计算方法，能够有效地解决磁场分析问题。
解析法是基于磁场的解析解，可以得到更准确的结果，但计算复杂度较高。
其次，磁路闭合是磁路计算中另一个重要的理论。
在电机中，为了保持磁场稳定和有效，磁路必须是闭合的。
磁路闭合可以通过磁路连接和磁路绕组来实现。
磁路连接是指磁路中不同部分通过磁性材料连接在一起，形成一个闭合回路；磁路绕组是指通过绕制线圈和导线来形成磁路中的回路。
磁路闭合是保证电机正常运行和提高效率的重要手段。
最后，磁路计算还需要考虑材料的磁性能和磁性参数。
磁性材料是电机中的重要组成部分，其磁化特性和磁导率等参数会影响电机的性能和效率。
磁性材料包括铁芯材料和永磁材料两种。
铁芯材料具有较高的磁导率和良好的导磁性能，能够有效地传导磁通和提高磁场强度。
永磁材料则具有较高的剩磁和矫顽力，能够产生强磁场并保持稳定。
总之，磁路计算是现代永磁电机调速理论中的重要内容，通过磁场分析、磁路闭合和材料磁性能的考虑，可以确定电机的基本参数和结构，进而影响到电机的性能和效率。
磁路计算对于电机设计和优化具有重要的指导意义。
异步电机结构开发永磁电机时,结构设计注意事项
异步电机结构开发永磁电机时，结构设计注意事项一、磁路设计在永磁电机的磁路设计中，应关注以下几个方面：1.磁通路径的设计：永磁电机的磁通路径是实现电机转矩输出的关键。
合理设计磁通路径的长度、宽度和厚度，以及选择合适的磁性材料，可以提高电机的转矩密度和效率。
2.磁极设计：磁极的形状、尺寸和排列方式对电机的性能有重要影响。
应优化磁极设计，以提高电机的气隙磁场和转矩密度。
3.磁性材料选择：选择合适的磁性材料是实现电机高性能的关键。
磁性材料应具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积等特点，以保证电机的高效运行和稳定工作。
二、机械强度在永磁电机的结构设计过程中，机械强度的考虑至关重要：1.转子强度：由于永磁电机采用高磁场强度的永磁体，转子的机械强度要求较高。
应合理设计转子的结构，确保其具有足够的刚度和稳定性。
2.结构件强度：电机的机座、端盖和轴承等结构件应具有足够的机械强度和刚度，以支撑电机的整体结构和承受运行过程中的振动和力矩。
3.热应力：电机运行过程中，由于温度变化引起的热膨胀和收缩会产生热应力。
应考虑热应力对机械强度的影响，并采取措施降低热应力的影响。
三、冷却系统永磁电机在运行过程中会产生大量热量，因此，冷却系统的设计对于保证电机的可靠性和性能至关重要：1.冷却方式选择：应根据电机的具体应用和性能要求选择合适的冷却方式，如自然冷却、强制风冷或水冷等。
2.散热设计：应合理设计散热系统，确保电机在运行过程中的热量能够及时散发，避免过热对电机性能的影响。
3.流体动力学分析：对于采用流体冷却的电机，应对流体的流动和传热进行详细分析，优化冷却系统的设计。
四、振动噪声永磁电机的振动和噪声是影响其性能和舒适性的重要因素，因此在结构设计时应关注以下几个方面：1.振动源分析：分析电机运行过程中产生振动的来源，如电磁力、转子不平衡等，并采取相应措施减小振动。
2.减振设计：通过优化电机结构的动态特性，减轻振动。
例如，合理布置支撑和减振装置，改善结构的刚度和阻尼特性。
永磁同步电机毕业设计永磁同步电动机的电磁设计与分析
永磁同步电动机的电磁设计与分析摘要永磁同步电动机（PMSM）是一种新型电机，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而具有效率高，功率因数高，转矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗小等特点。
本文主要介绍永磁同步电动机（PMSM）的发展背景和前景、工作原理、发展趋势，以异步起动永磁同步电动机为例，详细介绍了永磁同步电动机的电磁设计，主要包括额定数据和技术要求，主要尺寸，永磁体计算，定转子冲片设计，绕组计算，磁路计算，参数计算，工作特性计算，起动性能计算，还列举了相应的算例。
还通过Ansoft软件的Rmxprt模块对永磁同步电动机了性能分析，得出了效率、功率、转矩的特性曲线，并且分别改变了电机的三个参数，得出这些参数对电机性能的影响。
又通过Ansoft软件Maxwell 2D的瞬态模块对电机进行了仿真，对电机进行了磁场分布计算，求出了电流、转矩曲线和电机的磁力线、磁通密度分布图。
关键词永磁同步电动机；电磁设计；性能分析The design of Permanent-MagnetSynchronous MotorAbstractPMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type 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 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 example, 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, calculation 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 scheme 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 magnetic flux density.Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)1.1 课题背景 (4)1.2 永磁电机发展趋势 (5)1.3 本文研究主要内容 (6)第2章永磁同步电动机的原理 (7)永磁材料 (7)2.1.1 永磁材料的概念和性能 (7)2.1.2 钕铁硼永磁材料 (8)永磁同步电动机的基本电磁关系 (9)2.2.1 转速和气隙磁场有关系数 (9)2.2.2 感应电动势和向量图 (10)2.2.3 交直轴电抗及电磁转矩 (12)小结 (13)第3章永磁同步电动机的电磁设计 (14)3.1 永磁同步电机本体设计 (14)3.1.1 永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 (14)3.1.2 定子冲片和气隙长度的确定以及定子绕组的设计 (15)3.1.3 转子铁心的设计 (16)永磁同步电动机本体设计示例 (18)3.2.1 额定数据及主要尺寸........................................ 错误!未定义书签。
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。
探讨高速永磁电机设计与分析技术
探讨高速永磁电机设计与分析技术高速永磁电机是一种应用非常广泛的电机类型，在诸如风力发电、电动车、机床等领域中都占有重要位置。
随着科技不断发展，高速永磁电机的设计与分析技术也得到了不断升级，以下将对其进行探讨。
首先，高速永磁电机的设计需要确定其电磁参数、机械参数以及结构参数。
其中，电磁参数包括磁极数、永磁材料、定子铜线圈的匝数和电流等，机械参数则包括转子质量、惯量、转子轴径、轴承等，结构参数则涉及到电机的整体尺寸、形状等。
在确定这些参数时，需要考虑到电机的使用环境、工作条件、输出功率需求等因素，最终目的是实现电机的高效、高性能工作。
⊙电磁参数的设计对于永磁电机来说，永磁体是其核心部件之一。
永磁材料的选择和使用直接影响到电机的性能指标和使用寿命。
常见的永磁材料有NdFeB、SmCo等。
选用合适的永磁材料和合理的磁路设计可以大大提高电机的磁通密度和磁能积，从而使电机具有更高的输出功率和效率。
⊙机械参数的设计在高速永磁电机中，转子是一个非常重要的部分。
转子的惯性、重量、转子轴径等参数都会影响电机的性能。
一般情况下，为了提高电机的高速性能，需要选用轻量化的转子材料和合适的转子形状。
同时，在转子轴承的选择和设计上也需要注意，采用合适的轴承可以降低电机的轴承摩擦力，从而减少摩擦损失和热损失，提高电机的效率。
⊙结构参数的设计电机的结构参数主要涉及到整体尺寸、形状等。
在具体设计过程中，需要根据电机的工作要求和实际应用需求来确定电机的最佳尺寸和形状。
在决定电机形状时，需要考虑到散热、轴向板的选型和机壳制造工艺等因素，以确保电机在长期高速运转过程中不会过热或受到机械损坏。
设计过程中，还需要利用先进的仿真技术来进行分析和验证。
在设计与分析等过程中，应用CAD、CAE等技术可以帮助工程师更加精确的设计出符合要求的高速永磁电机。
最后，需要注意的是，高速永磁电机的设计与分析技术目前仍在不断发展中。
因此，可以利用模拟软件进行详细的仿真与模拟，以衡量电机的性能和寿命。
永磁电机磁路结构和设计计算
1.1 磁路结构和设计计算永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。
永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。
永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大。
而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。
此外，永磁发电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又比较容易饱和，磁导是非线性的。
这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性，使计算结果的准确度低于电励磁发电机。
因此，必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统；必须应用现代设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。
1.2 控制问题永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。
这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。
但是，随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。
设计时需要钕铁硼材料，电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁发电机在崭新的工况下运行。
1.3 不可逆退磁问题如果设计和使用不当，永磁发电机在温度过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。
因而，既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电机不会失磁。
1.4成本问题由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。
在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求，进行性能、价格的比较，并进行结构的创新和设计的优化，以降低制造成本。
浅谈永磁电机的设计要点
浅谈永磁电机的设计要点
永磁电机是一种利用永磁体产生磁场来驱动电机运动的装置。
在永磁电机的设计中，有几个要点需要注意。
要考虑永磁体的选择。
永磁体是永磁电机产生磁场的关键，选择适合的永磁体可以提高电机的效率和性能。
常见的永磁体有钕铁硼磁体和钴磁体等，它们的磁能积、居里温度等参数都会影响电机的性能。
在选择永磁体时，需要根据电机的设计需求和性能要求进行合理的选择。
要考虑电机的磁路设计。
电机的磁路设计影响着电机的磁场分布和旋转磁力的产生。
在磁路设计中，需要考虑永磁体的安装方式、磁路的形状和尺寸等因素。
合理设计磁路可以使磁场均匀分布，提高电机的功率密度和效率。
要考虑电机的绕组设计。
电机的绕组决定了电机的电流分布和输出功率。
在绕组设计中，需要考虑线圈的材料、导线的截面积和长度等因素。
合理设计绕组可以提高电机的电流密度和输出功率，同时减小绕组的损耗。
要考虑电机的控制系统设计。
电机的控制系统决定了电机的性能和功能。
在控制系统设计中，需要考虑电机的速度控制、力矩控制和位置控制等功能。
合理设计控制系统可以提高电机的响应速度和控制精度，同时满足不同应用场景的需求。
永磁电机的设计要点包括永磁体的选择、磁路设计、绕组设计和控制系统设计。
合理考虑这些要点可以提高电机的性能和效率，满足不同应用场景对电机的需求。
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析1 引言与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。
随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速永磁同步电动机也应运而生。
变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。
这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。
本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。
2 调速永磁同步电动机的电磁设计2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。
通过改变电机的各个参数来提高永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ϕ、起动转矩stT 和最大转矩max T 。
本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据数值 额定功率N 30kw P = 相数=3m 额定线电压N1=380V U 额定频率=50Hz f 极对数=3p 额定效率N =0.94η 额定功率因数N cos =0.95ϕ 绝缘等级 B 级计算额定数据：(1) 额定相电压：N N13220V U U ==(2) 额定相电流：3N N N N N1050.9A cos P I mU ηϕ⨯== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p= (4) 额定转矩：3N N 19.5510286.5N m P T n ⨯== 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度，它们可由如下公式估算得到：2i11P D L C n '= N N N cos E K P P ηϕ'=， 6.1p Nm dp C K K AB δα=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。