调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析资料
高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究
高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究1. 本文概述本文旨在深入研究高速永磁同步电机（PMSM）的电磁分析与转子动力学特性。
随着现代工业技术的发展，高速永磁同步电机以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在航空航天、机床工具、新能源发电等领域得到了广泛应用。
对高速永磁同步电机进行深入的电磁分析和转子动力学研究，对于优化电机设计、提高电机性能、拓宽应用领域具有重要意义。
本文将首先介绍高速永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续分析提供理论基础。
随后，文章将重点围绕电磁分析展开，包括电机绕组设计、磁路分析、电磁场计算等方面，以揭示电机内部电磁过程的本质规律。
在此基础上，本文将进一步探讨高速永磁同步电机的转子动力学特性，包括转子动力学模型建立、模态分析、振动噪声控制等内容，以揭示电机在高速运行过程中的动态响应和稳定性问题。
本文将对高速永磁同步电机的电磁分析与转子动力学研究进行总结，归纳出电机设计优化的关键因素，为未来的电机研发和应用提供有益的参考。
通过本文的研究，期望能为高速永磁同步电机的技术进步和产业发展做出一定的贡献。
2. 高速永磁同步电机的基本理论高速永磁同步电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Machine, HSPMSM）是一种广泛应用于航空航天、高速列车、风力发电等领域的电机。
其基本工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。
在电机中，通过在转子上安装永磁体和在定子上布置三相绕组，当三相交流电通过绕组时，产生旋转磁场。
这个旋转磁场与永磁体的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。
电磁场的分析是理解HSPMSM运行特性的关键。
主要分析内容包括磁场的分布、磁通量的路径以及电磁力的大小和方向。
这些分析通常基于麦克斯韦方程组，通过有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）等数值方法进行。
通过电磁场分析，可以准确预测电机的电磁性能，如转矩、反电动势和效率。
永磁同步电动机的研究及输出特性分析
永磁同步电动机的研究及输出特性分析永磁同步电动机是一种新型电机，它将现代电子技术、电机技术和材料技术相结合，具有高效、高功能、小体积、轻质量、低噪音、无电磁干扰等特点，目前已成为应用于电动车、电机车、电动自行车、风力发电、太阳能光伏发电等领域最受欢迎的电机之一。
而永磁同步电动机的性能也是使用者关注的重点。
以下文章将从永磁同步电动机的研究和输出特性分析两个方面来探讨这个话题。
一、永磁同步电动机的研究（一）磁路分析永磁同步电动机的磁路是它的核心。
永磁同步电机的磁路是由永磁体、定子铁心、转子铁心共同组成的。
电机的磁路有两种方式，即饱和磁路和线性磁路。
饱和磁路是电流越大磁势越大，磁阻越小，导致磁通量增长趋于平缓的情况。
而线性磁路则是不受其它因素影响的磁通量变化。
在永磁同步电动机中，饱和磁路与线性磁路并存。
在电机工作的过程中，由于更换相序以及磁路的磁滞和饱和等现象，平衡条件不能被满足。
（二）电磁分析永磁同步电动机的电磁分析是实现高效、高性能的关键。
在永磁同步电机中，电磁部分的建模是一项非常重要的工作。
为了实现对电机的性能进行可靠预测，必须建立起一组有关电机的方程模型，包括电磁、热力学、建模以及计算分析等方面。
对于实际工程问题，这些模型可以通过ANSYS Maxwell和Fluent来实现。
此外，为了让永磁同步电机具备高性能和高效能，选择合适的永磁体及适当的电机参数值是非常重要的。
（三）控制策略在永磁同步电动机中，控制策略是让电机实现高效性和高性能的关键。
电机的控制主要分为转速控制和转矩控制两种方式。
对于永磁同步电机，常见的控制方式有矢量控制和直接转矩控制等方式。
其中矢量控制通过改变电机的电路和电机参数控制电机工作状态，是一种更为高级的控制方式。
而直接转矩控制方式则直接控制电机转矩大小，更适合于一些实时控制。
二、永磁同步电动机的输出特性分析（一）输出特性介绍输出特性是永磁同步电机的一个重要性能指标。
它仅通过设计选择参量来实现，在工作中无法改变，所以它是永磁同步电机的固有品质。
永磁同步电动机的分析与设计
永磁同步电动机的分析与设计永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种采用永磁材料作为励磁源的同步电机。
相较于传统的感应电机，永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高转矩密度和高速控制响应等特点，因此在许多应用领域中得到广泛应用。
本文将介绍永磁同步电机的分析与设计内容。
首先，分析永磁同步电机的基本原理。
永磁同步电机由永磁铁和电磁绕组组成。
当绕组通电后，产生的磁场与永磁铁的磁场相互作用，使电机转子产生旋转力矩。
通过分析电机的磁动特性和电动力学特性，可以得到电机的数学模型和控制方程，为电机设计和控制提供理论依据。
其次，设计永磁同步电机的结构参数。
永磁同步电机的结构参数包括定子绕组的匝数、线圈的截面积和磁链密度等。
这些参数的选择将直接影响电机的性能，如转矩、效率和功率因数等。
通过优化设计，可以使电机在给定的体积和功率范围内获得最佳性能。
然后，进行永磁同步电机的电磁设计。
电磁设计包括计算电机的电磁参数，如磁链、磁势和磁密等。
在设计过程中，需要考虑电机的工作条件和负载要求，选择合适的磁路结构和电磁铁材料，以提高电机的效率和转矩密度。
接下来，进行永磁同步电机的电气设计。
电气设计包括计算电机的电气参数，如电压、电流和功率等。
通过分析电机的电气性能，可以确定电机的绕组参数和功率电路的参数，以满足电机的输出要求和电力系统的特性。
最后，进行永磁同步电机的控制设计。
控制设计是永磁同步电机应用中至关重要的一环。
通过采用合适的控制策略和控制器，可以实现电机的速度、位置和转矩精确控制，提高电机的动态响应和工作效率。
总之，永磁同步电机的分析与设计是实现高效电机控制的关键步骤。
通过对电机的原理分析、结构参数设计、电磁设计、电气设计和控制设计等方面的研究，可以实现电机的优化设计和性能优化，推动永磁同步电机技术在各个领域的应用发展。
永磁同步电机的电磁方案设计
永磁同步电机的电磁方案设计永磁同步电机是一种应用广泛的电机类型，具有高效率、高功率因数、高起动转矩和良好的运行性能等优点。
在设计永磁同步电机的电磁方案时，需要考虑磁场分布、磁通密度、转子结构等因素，以实现电机的高效、稳定运行。
磁场分布是永磁同步电机设计的关键。
通过合理设计磁场分布，可以提高电机的效率和转矩密度。
在永磁同步电机中，通常使用内置磁体的方式来产生磁场。
磁体的磁场分布应该尽可能均匀，以提高电机的转矩密度。
同时，还需要考虑磁体的磁通量损耗，通过合理选择磁体材料和结构，减小磁通量损耗，提高电机的效率。
磁通密度是影响永磁同步电机性能的重要因素。
磁通密度过高会导致铁心饱和，造成能量损耗和发热，降低电机效率。
因此，需要对磁通密度进行合理设计，以确保电机在给定功率下能够正常运行。
转子结构也是永磁同步电机设计的重要考虑因素。
转子结构的设计直接影响电机的运行性能。
一般来说，永磁同步电机的转子结构可以分为表面磁极和内置磁极两种类型。
表面磁极结构可以提高电机的转矩密度，但同时也增加了转子的惯量和转子损耗。
内置磁极结构则可以减小转子的惯量和损耗，提高电机的响应速度和运行效率。
根据具体的应用需求，选择合适的转子结构，以满足电机的性能要求。
除了以上几个方面的设计考虑，还需要注意电机的控制策略。
永磁同步电机可以通过矢量控制、直接转矩控制等方式来实现高效、稳定的运行。
在设计电机的控制策略时，需要考虑电机的特性和应用需求，选择合适的控制方式，并通过合理的参数调节和优化算法，实现电机的优化运行。
永磁同步电机的电磁方案设计需要考虑磁场分布、磁通密度、转子结构和控制策略等因素。
通过合理的设计和优化，可以实现电机的高效、稳定运行，满足不同应用领域的需求。
在未来的发展中，随着新材料和新技术的不断推进，永磁同步电机的性能将进一步提升，为各个行业提供更加高效、可靠的动力解决方案。
(完整)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Maxwell 2D 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st T 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：计算额定数据:(1) 额定相电压:N 220V 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。
调速永磁同步电机的设计 毕业设计全文
毕业设计题目：调速永磁同步电动机的电磁设计系：电气与信息工程专业：电气工程班级：学号：学生姓名：///导师姓名：完成日期：2011年6月诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）任务书题目： 调速永磁同步电动机的电磁设计姓名 系 电气系 专业 电气工程及其自动化 班级 .. 学号 ..指导老师 .. 职称 副教授 教研室主任 ..一、基本任务及要求： 1、基本技术要求：1）额定功率 N P =15KW ; 2）额定电压 V U N 380=3）额定转速 min /1500r n N =; 4）额定效率%94=N η; 5)相数m=36)Hz f N 50=; 7)额定功率因数92.0cos =N ϕ; 8)绕组形式:单层,交叉Y 接9)失步转矩倍数 8.1=*Npo T ; 2、本毕业设计课题主要完成以下设计内容：（1）调速永磁同步电动机的电磁设计方案；(2)阐述永磁同步电动机的运行与控制原理；（３）电机主要零部件图的绘制；(4) 说明书的编制二、进度安排及完成时间：3 月1 日——3 月 30日：查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告 4月1 日—— 4月30 日：毕业实习、撰写实习报告 5月 1日—— 5月20 日：毕业设计（电磁设计）5月 21日——5 月30 日：毕业设计（永磁同步电动机的运行与控制 ）5月上旬：毕业设计中期抽查6月1日——6月12日：撰写毕业设计说明书（论文）6月13日——6月14日：修改、装订毕业设计说明书（论文），并将电子文档上传FTP。
1、6月15日——6月18日：毕业设计答辩，进行毕业答辩。
永磁同步电机的电磁设计方案
永磁同步电机的电磁设计方案1 永磁同步电机的基本原理和特点永磁同步电机是一种新型的高效电动机，具有高效率、高功率密度、快速响应等优点。
它是由永磁体和电磁线圈组成的，通过电磁线圈与永磁体之间的作用产生转矩。
与传统的异步电机相比，永磁同步电机的效率更高、速度更稳定，特别适合用于高精度控制等场合。
2 永磁同步电机的电磁设计要点永磁同步电机的电磁设计是实现高效率、稳定运行的关键。
其中，电磁线圈的参数包括绕组数、导线截面积、绕组方式、铁芯形状等。
以下是具体要点：2.1 绕组数和绕组方式永磁同步电机的电磁线圈绕组数一般较少，一般少于异步电机的绕组数。
而采用多相绕组的方式，能够显著提高电机的功率密度和效率。
另外，对于高功率密度的永磁同步电机，可以采用三绕组式结构，使电机的相序和匝数更加紧凑。
2.2 导线截面积电磁线圈导线的截面积是影响永磁同步电机性能的重要参数之一。
截面积过小会导致电流密度过大，产生过多的电流损耗和温升，进而影响电机效率和寿命，而截面积过大则会使电机结构过于复杂，增加成本和体积。
因此，需要根据电机的功率和运行条件确定合适的导线截面积。
2.3 铁芯形状永磁同步电机的铁芯形状对电机的功率密度和效率影响较大。
对于高功率密度的电机，可以采用扇形铁芯或双球面铁芯结构。
此外，还可以通过添加铁磁材料或采用不同的接头结构等方法改善电磁线圈的磁通分布，减小铁芯损耗和噪音。
3 永磁同步电机的优化设计方法为了实现永磁同步电机的高效率、高性能运行，可以采用以下优化设计方法：3.1 磁场分析和模拟通过磁场分析和模拟软件（如ANSYS、COMSOL等），可以快速计算电机的磁场分布、磁通密度等参数，进而优化电机的结构和参数选取，提升电机的性能。
3.2 合理的控制策略电机的控制策略对电机效率和性能影响很大。
常见的控制方法有矢量控制、直接转矩控制等，需要根据具体应用场景选择合适的控制策略。
3.3 多因素综合考虑永磁同步电机的电磁设计需要考虑多个因素的综合影响，如电机的功率密度、效率、噪音、成本等。
永磁同步电动机电磁设计
永磁同步电动机电磁设计永磁同步电动机是一种能够实现高效能转换的电机。
它采用了永磁体产生磁场，与定子上的线圈产生交变磁场来实现转动，因此具有高效率、高功率密度和高转矩密度等特点。
本文将介绍永磁同步电动机的电磁设计过程，并探讨其中的一些关键技术。
首先，电磁设计过程开始于确定绕组数据。
绕组是将电磁力转化为机械力的关键部分，其设计直接影响到电机的性能。
为了使绕组尽量减小谐波和电磁噪声，一般采用分段细槽绕组。
绕组的设计也需要考虑线圈的电流和电压、磁场强度和饱和情况等因素。
其次，永磁同步电动机的磁路设计非常重要。
磁路设计的主要目标是实现磁通的均匀分布和最大化。
为了实现这一目标，可以采用磁路分析方法，通过优化铁心的尺寸和形状，来调整磁阻分布和磁通密度。
此外，磁路设计还需要考虑铁心的饱和和损耗情况，以及永磁体的磁性能和热特性等。
第三，针对永磁同步电动机的磁链和电流特性，需要进行磁链分析和电路设计。
磁链分析主要用于计算磁链波形和磁链饱和情况，以确定磁阻和电感等参数。
电路设计则主要包括电感和电容的选择，以及电流和电压的控制等。
这些都直接影响到电机的性能和可靠性。
此外，还需要考虑永磁同步电动机的热特性。
由于电机长时间运行会产生大量的热量，因此需要进行热分析和散热设计。
热分析可以通过有限元仿真等方法来实现，包括计算温升分布和热阻分布等。
而散热设计则需要根据电机的尺寸和工作条件来选择合适的散热方式，如风冷、水冷等。
最后，电磁设计过程还需要进行性能分析和优化。
性能分析可以通过有限元仿真等方法来实现，包括转矩-转速特性分析、功率-转速特性分析等。
而优化则主要是通过调整参数来达到更好的性能，包括转矩和功率的最大化、效率的提高等。
综上所述，永磁同步电动机的电磁设计过程涉及到绕组设计、磁路设计、磁链和电路设计、热特性分析和散热设计、性能分析和优化等多个方面。
这些都是相互关联的，需要综合考虑，才能够实现高效能转换和可靠性运行。
因此，对于永磁同步电动机的电磁设计，需要充分理解电机的工作原理和性能需求，并结合现有的设计方法和工具，进行系统化的设计过程。
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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。
E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值，本例取0.96；p α'为计算极弧系数，初选0.8；Nm K 为气隙磁场的波形系数，当气隙磁场为正弦分布时等于1.11；dpK 为电枢的绕组系数，初选0.92。
A 为电机的线负荷，B δ为气隙磁密，A 和B δ的选择非常重要，直接影响电机的参数和性能，应从电机的综合技术经济指标出发来选取最合适的A 和B δ值，本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。
由上式可初步确定电机的2i1D L ，但要想进一步确定i1D 和L 各自的值，还应选择主要尺寸比i1i122LL pL D D pλπτπ===，其中τ为极距。
通常，中小型同步电动机的0.6~2.5λ=，一般级数越多，λ也越大，本例初选1.4。
永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大，主要是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂散损耗，减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。
所以设计永磁同步电动机的气隙长度时,可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。
本例取=0.7mm δ。
确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下，视具体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。
2.3 定子铁心与绕组的设计(1)定子槽数的选择当相数和极数确定时，定子的槽数取决于每极每相槽数1q ，1q 的值对电机的参数、附加损耗、温升及绝缘材料消耗量等都有影响。
1q 一般在2~6之间选取并尽量取整数，对于极数少、功率大的电机，1q 取大值；对于极数多的电机，1q 取小值。
本例取1q =4。
(2)定子绕组的设计与感应电机一样，永磁同步电动机使用的绕组型式有单层绕组、双层绕组和正弦绕组等。
这些绕组型式各有其优缺点和适用场合。
本次设计的调速永磁同步电动机的绕组是双层叠绕组,定子Y 接。
此外采用双层短距分布绕组可以避免电动机绕组中产生环流并可以削弱电动势谐波，定子绕组Y 接则可以大大减小电动机的杂散损耗，使定子电流中不含3次和3次倍数的谐波，定子电流中亦不含偶次谐波。
2.4 永磁体的设计(1)转子磁路结构设计永磁同步电动机的转子磁路结构是按照永磁体在转子上位置的不同来分类的，永磁体一般有三种排布方式:表面式、内置式和爪极式。
而内置式转子结构按永磁体磁化方向与转子旋转方向的关系又可以分为径向式、切向式和混合式三种结构。
转子磁路结构的不同会使得电动机的运行性能、制造工艺和运行场合也不同。
本例采用的是内置切向式转子磁路结构，其在一个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供的，能够获得更大的每极磁通，非常适合多级电机。
但漏磁系数较大，因此需要有相应的隔磁措施。
(2)永磁体选择一般常用的永磁材料包括铝镍钻永磁材料、铁氧体永磁材料以及稀土类永磁材料，但应用于调速永磁同步电动机的永磁材料只有稀土磁体，即汝铁硼永磁体和钐钴永磁体。
本例采用的是NTP-288M 的永磁体，20C 时，剩磁为r20=1.18T B ， 矫顽力为c20=898kA/m H 。
计算剩磁密度r Br r20[1(20)](1) 1.1T B t IL B α=+--=，式中r B 的可逆温度系数-1Br 0.12%K α=-，r B 的不可逆损失率-10%K IL =，预计永磁体工作温度75C t =。
(3)永磁体设计永磁体的主要尺寸有三个:永磁体的轴向长度M L 、磁化方向长度M h 和宽度M b 。
永磁体的尺寸除了影响电动机的性能外，还影响着电动机中的空载漏磁系数0σ，也决定着永磁体的利用率。
实验证明，永磁体尺寸越大，空载漏磁系数越小。
一般来说，永磁体的轴向长度M L 就取电动机铁心的轴向长度，因此只需要设计其他两个永磁体的尺寸M h 和M b 。
通常来讲，M b 的长度设计不能超过τ的长度；设计M h 应使永磁体工作在最佳工作点，因为永磁体的最佳工作点更大程度上取决于永磁体的磁化方向长度M h 。
对于内置切向式转子磁路结构，其永磁体尺寸的估算公式为：()s a 0M 0001M 0r M 21m m efm K K b h b B l b b B K L δδσστπΦ⎧=⎪-⎪⎨⎪=⎪⎩式中，s K 为电动机的饱和系数，其值为1.05~1.3；a K 为与转子磁路有关的系数，其值为0.7~1.2；0m b 为永磁体的空载工作点，即空载时磁感应强度的标幺值，一般取0.60~0.85；0σ为空载漏磁系数，是空载时的总磁通与主磁通之比，本例取1.2；1B δ为气隙磁密基波幅值，14sin 2p B B δδαππ'=； K Φ为气隙磁通的波形系数，即电机基波磁通与气隙总磁通之比，本例初选0.9。
3 模型建立和仿真计算3.1 RMxprt 电磁和结构设计根据上述电磁设计部分得到的调速永磁同步电动机的参数，在AnsoftMaxwell 的RMxprt 模块中建立电机模型，如图1所示，并设定样机的仿真参数。
仿真参数的设定至关重要，这意味着将要计算前面建立的电机模型在该状态下的工况，一般是将额定工作状态设定为分析对象。
设定完仿真参数，在确认无误的情况下，软件就会对电机进行求解计算。
RMxprt 电机分析模块是基于等效电路和磁路的方法对电机进行计算的。
最终计算清单见附录1，其列出了所有输入数据和计算结果。
图1 电机模型通过计算结果，可以看到所设计电机在额定运行情况下的效率为96.9%，满足给定的性能指标。
空载时的气隙磁密约为0.63T。
其他各项指标也均满足要求。
此外还可以得到电机的性能曲线。
图2、图3、图4分别给出了电机输出功率、效率与力矩角的关系以及气隙磁密的波形曲线。
图2输出功率与力矩角的关系曲线图3效率与力矩角的关系曲线图4气隙磁密3.2 Maxwell 2D中建立电机的二维有限元模型RMxprt模块是基于等效磁路法的电机设计模块，许多参数均由软件自动查表得到，同时由于采用了等效磁路，电机的设计精度会降低。
为提高设计精度，往往需要将RMxprt模块中的电机模型导入变换为Ansoft Maxwell 2D模型，然后进行有限元计算仿真，得到电机的瞬态特性，从而为电机的优化设计提供依据。
Ansoft 14版本能够将RMxprt模型一键式导入到2D界面中，自动完成几何模型绘制、材料定义、激励源添加、边界条件给定、网格剖分和求解参数设置等前处理项，点击运行即可生成瞬态计算模型，其对应的计算为转子在额定转速下的恒速运行，所模拟的是额定转速下三相绕组电流和转子上的电磁转矩。
图5给出的是电磁转矩曲线，图6给出的是三相电流曲线。
由于软件所给的工况是转子在0时刻前已经被拖至额定转速，然后在0时刻突然加电，而实际中电机均为从0转速升速至额定转速，因此曲线的前半段并无参考价值，而从转矩曲线的后半段可以看出在额定转速下基本稳定，但脉动较大。
从电流曲线后半段可以看出电流也基本稳定。
图5额定转速时瞬态电磁转矩曲线图6 额定转速时瞬态相电流曲线图7和图8给出的是t=0.2s时刻的电机磁力线和磁密分布图。
从图8的磁密分布图中可以看出，与磁钢靠近的定子齿部磁密较小，而定子轭部磁密较大，远离磁钢的定子齿部磁密较大，而定子轭部磁密较小。
且定子齿部的磁密最大值约为2T，定子轭部磁密最大值约为1.3T，而定子所用硅钢片D23_50的B-H曲线饱和值约为1.6T，由此可以看出硅钢片的利用率较高。
图7额定转速下t=0.2s时刻的磁力线分布图图8额定转速下t=0.2s时刻的磁密分布图4 结论本文通过Ansoft Maxwell软件比较系统地对调速永磁同步电动机主要尺寸和气隙长度、定子冲片和绕组、转子磁路结构以及永磁体等参数的确定进行了研究,并说明了电机形状与结构参数变化对电机性能的影响,同时在设计时可以调整各种电机参数得到不同的电机设计方案,对优化电机设计提供有力的手段和指导借鉴意义。
参考文献[1] 唐任远等.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2002.[2] 陈世坤.电机设计[M].北京:机械工业出版社,2012.[3] 赵争鸣,袁立强,杨晟等.可控电源供电电机的设计与分析[M].北京:机械工业出版社,2012.[4] 戴文进,张景明等.电机设计[M].北京:清华大学出版社,2010.[5] 王秀和等.永磁电机[M].北京:中国电力出版社,2007.[6] 王秀和,杨玉波,朱常青.异步起动永磁电动机-理论设计与测试[M].北京:机械工业出版社,2009.[7] 王秀和,杨玉波,朱常青.异步起动永磁电动机-理论设计与测试[M].北京:机械工业出版社,2009.[8] 刘慧娟,上官明珠,张颖超等.Ansoft Maxwell 13电机电磁场实例分析[M].北京:国防工业出版社,2014.[9] Ansoft RMxprt使用手册中文版[M].[10] 秦新燕,肖鹏程.基于Ansoft的电机设计及瞬态分析[J].湖北第二师范学院学报,2011,28(2):89-92.[11] 张巍.工频电源供电低速大转矩永磁同步电动机的设计与分析[D].沈阳工业大学,2008.[12] 王广生,黄守道,高剑.基于Ansoft软件设计分析内置式永磁同步电动机[J].微电机,2011,44(2):70-73.[13] 徐广人,唐任远,安忠良.永磁同步电动机气隙磁场分析[J].沈阳电力高等专科学校学报,2003,3(2):1-4.[13] 高徐娇,赵争鸣,赵强.永磁同步电机的结构与其电磁参数关系分析[J].清华大学学报(自然科学版),2001,41(9):44-47.[14] 邱克立.永磁同步电动机与磁钢性能的关系[J].微特电机,1997,(2):16-18.。