低速大转矩永磁同步电动机的转子结构及永磁体设计策略
低速直驱永磁潜油电动机分析与设计
低速直驱永磁潜油电动机分析与设计摘要：近年来，随着油田生产技术的发展和开发难度的加大，潜油电机作为油田主要的驱动设备，在油田的开采过程中发挥着越来越重要的作用。
低速直驱永磁潜油电动机是潜油电机中的一种，它具有高转矩、低转速、体积小、重量轻、效率高等特点，广泛应用于石油开采设备上。
目前低速直驱永磁潜油电机的设计研究较少，因此针对低速直驱永磁潜油电动机进行了分析与设计，并利用 ANSYS软件对电动机进行了有限元分析。
通过有限元仿真验证了该电动机的设计是合理的，能够满足油田对电机的要求。
关键词：低速直驱；永磁潜油电动机；设计分析引言：低速直驱永磁潜油电动机主要由定子、转子、转轴以及减速器组成。
这一类电机的转子是在转子铁芯上绕制一个定子线圈，转子铁芯上绕一个永磁体，转子铁芯与转轴固定。
根据直驱电机的结构特点，在电机的定子槽口和转子槽口之间布置了一些导磁体，通过改变磁路结构，使每极磁路磁阻最小，从而实现了较高的功率密度。
根据要求，低速直驱永磁潜油电动机的额定功率为20 kW。
在满足了高功率密度要求之后，电机的设计指标为：额定电压380V；额定电流60A；额定转速0~3000r/min；额定转矩0.40 Nm；额定功率为20 kW的电动机。
本文使用有限元软件 ANSYS对低速直驱永磁潜油电动机进行了仿真分析。
1.电动机结构和工作原理低速直驱永磁潜油电动机主要由定子、转子永磁体、转子槽、定子外圆等部件组成。
该电动机采用内置式安装，将转子外圆固定在内腔上。
转子磁路采用传统的磁滞回线，转子内外圆之间为气隙，定子由多个扇形磁极组成。
电机的气隙大小为0.2 mm，空载感应电动势为0V，负载感应电动势为100V，额定功率为15 kW。
电机的机械结构简单、安装方便，可在井下通过采油工艺直接进行一系列开采工作，对潜油系统的维护简单，可减少电机本身对井口设备的依赖。
该电机主要应用于常规驱动方式难以实现的井下工况。
其中，定子由一块较大的永磁体铁心和一块较小的硅钢片组成；转子由铁心、定转子相绕组、端环和端盖组成。
基于MATLAB平台的低速永磁同步电动机设计
Ｏ 引言
高性能低 速永磁 同步 电动机 是实 现 电梯 无齿 轮曳 引技 术 的基础 Ｊ 电梯 无齿 轮 曳 引驱动 系统 。
力。它适用于专业技术人员自行编写各种工程设
计 程序 。
１ 低 速 永磁 同步 电动机 的设计 特 点
低速永磁同步 电动机的主要尺寸由驱动系统 需要的最大转矩 Ｔ ｍ 和动态响应性能指标确定， 取 决于所选定的电磁负荷。在一般电磁式电动机中， 所选定的磁负荷可以通过 电激磁系统的设计来实
ｕ＇ｓ ｆｒ ｓ ｐ ｒ ｓ ｉｎ ｏ ｈ ｏ ｑ ｅ ｒｐ ｌｓ ａ ｏ ｓ ｅ ｄ，ｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｒ ｇａ ｌ ｏ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｆｔ ｅ ｔｒ ｕ ｐ ｅ ｔｌｗ ｐ ｅ ｅ ｉ ｒｓ ｎ ｓｔ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍｍｉ ｇ ｍｅｈ ｄ ｎ ｔｏ ｓ ｏ ｈ ｏ ｕ ｅ — ｉ ｅ ｅ ｉ ｏ ｆｒｔ ｅ ｃ ｍｐ ｔ ｒａｄ ｄ ｄ ｓｇ ｆＰＭＳ ｕ ｉ ｇ ＭＡＴＬ ｎ Ｍ ｓｎ ＡＢ，ｇｖ ｓ ｔ ｅ ｔ ｓ ｅ ｕ ｔ ｆｐ ｏｏｙ ｉ ｅ ｈ ｅ ｔｒ ｓ ｌ ｏ ｒｔ ｔｐｅ ｓ ｍｏ ｏ ，ａ ｄ ｖ ｒｆｅ ｈ ｔｔｅ ｄ ｓｇ ｄ ａ ａ ｄ ｍｅｈ ｄ ａ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｔｒ ｎ ｅ ｉ ｓ ｔ ａ ｈ ｅ ｉ ｉ ｅ ｔ ｏ ｙ ｏｒ ｃ ． ｉ ｎ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ Ｐｅ ａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ｙ ｗｏ ｄ ｍ ｒ ｎ ｎ — ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔｒ，ｌｗ ｐ ｅ ｏ ｓ ｅ ｄ，Ｍａｌｂ，ｄ ｓｇ ． ｔａ ｅｉ ｎ
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防 爆 电 机
（ ＸＰ Ｏ Ｉ Ｅ Ｌ Ｓ ＯＮ—Ｐ ＯＦ Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ ＣＨＩ Ｅ） ＲＯ Ｌ Ｃ Ｒ Ｃ ＭＡ Ｎ
２０ ０６年第 ６期 第 ４ 卷 （ 第 １３期 ） ｌ 总 ３
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。
永磁同步电机控制策略研究及仿真
永磁同步电机控制策略研究及仿真一、本文概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度、良好的控制性能等特点，在工业、交通、家电等领域得到了广泛应用。
随着电力电子技术和控制理论的发展，对PMSM的控制策略的研究也日益深入，旨在实现电机的高性能、高效率和可靠性。
本文主要针对永磁同步电机的控制策略进行研究和仿真分析。
本文首先对永磁同步电机的基本原理和控制方法进行了综述，包括电机结构、运行原理、数学模型等，为后续控制策略的研究奠定了基础。
详细讨论了几种常见的PMSM控制策略，如矢量控制（Vector Control）、直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）、模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）等，分析了各种控制策略的优缺点及其适用场合。
接着，本文针对某特定应用背景，提出了一种改进的PMSM控制策略。
该策略在传统控制方法的基础上，引入了先进的控制算法和优化技术，旨在提高系统的动态性能、稳态性能和抗干扰能力。
本文还通过仿真实验，验证了所提控制策略的有效性和优越性。
二、永磁同步电机基本原理与特点永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永磁体作为磁场源，实现电能与机械能相互转换的装置。
其基本原理基于电磁感应和磁场相互作用，通过控制定子电流产生的磁场与转子永磁体磁场之间的相互作用，实现电机的旋转运动。
高效率：由于使用永磁体作为磁场源，无需额外的励磁电流，因此电机在运行时具有较低的损耗和较高的效率。
高功率密度：永磁体的使用使得电机能够在较小的体积内实现较高的功率输出，适用于需要紧凑设计的应用场景。
良好的调速性能：通过控制定子电流的频率和相位，可以实现对PMSM的精确速度控制，满足宽范围调速的需求。
低维护成本：永磁体通常具有较高的磁能积和稳定性，使得电机在运行过程中无需频繁更换磁极，降低了维护成本。
永磁同步电动机齿槽转矩的补偿方法
永磁同步电动机（PMSM）的齿槽转矩（Cogging Torque）是由于定子和转子齿槽结构之间的相互作用导致的一种非线性力矩，它在电机旋转过程中会引起周期性的扭矩波动，对电机平稳运行、低速性能及定位精度造成影响。
以下是一些常见的补偿方法：
1. 设计优化：
- 改变齿槽形状：通过采用斜槽、不等分槽或错齿技术来改变定子和转子槽的几何形状，减少齿槽效应产生的均匀间隔的磁场分布。
- 调整极槽配合：例如使用斜极技术，使得磁极与槽之间不对齐，从而分散齿槽转矩峰值。
2. 磁极弧度修正：
- 磁极弧度的微小变化可以减小齿槽转矩，通过精确计算和制造工艺实现磁极形状的小幅修正。
3. 电气补偿：
- 注入反向电流：通过控制算法，在电机运行时向定子绕组注入特定的反向电流，以抵消齿槽转矩的影响。
- 磁场定向控制系统中的补偿算法：在高级矢量控
制中，利用观测器或模型预测控制器（MPC）估计并实时补偿齿槽转矩。
4. 机械补偿：
- 转子或定子结构上的机械预加载，虽然这种方法不常见且实施复杂，但在某些特殊应用中可能会用到。
5. 软件补偿：
- 在伺服驱动器的控制软件中加入齿槽转矩补偿算法，根据电机特性和实际测量数据进行动态补偿。
6. 材料和制造改进：
- 使用高磁导率材料或者优化铁芯叠片的厚度和绝缘涂层，减少气隙不均匀性。
现代电机控制技术通常结合多种方法共同作用，以有效降低永磁同步电动机的齿槽转矩，并提高其整体性能。
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。
永磁同步电动机控制策略
永磁同步电动机控制策略综述1 引言近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。
永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。
因此，这里对永磁同步电机的控制策略进行综述，并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。
2 永磁同步电动机的数学模型当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时， 三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。
由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势； 另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。
电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通， 并在定子绕组中产生感应漏电动势。
此外，转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组，从而产生空载电动势。
为了便于分析，在建立数学模型时，假设以下参数[2-3]：② 忽略电动机的铁心饱和；②不计电机中的涡流和磁滞损耗；③定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆按正弦分布，即忽略磁场中所有的空间谐波；④各相绕组对称，即各相绕组的匝数与电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度。
在分析同步电动机的数学模型时，常采用两相同步旋转（d ，q ）坐标系和两相静止（α，β）坐标系。
图1 给出永磁同步电动机在（d ，q ）旋转坐标系下的数学模型[4]。
(1) 定子电压方程为：d d d q f u p ri ψψω=+- （1） q q q d f u p ri ψψω=++ （2）式中：r 为定子绕组电阻；p 为微分算子，p=d/dt ；d i ，q i 为定子电流；d u ，q u 为定子电压；d ψ，q ψ分别为磁链在d ，q 轴上的分量；f ω为转子角速度（ω=f ω p n ）；p n 为电动机极对数。
(2)定子磁链方程为：d d d f L i ψψ=+ （3）q q q L i ψ= （4）式中：f ψ为转子磁链。
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计首先，永磁同步电机采用永磁体作为励磁源，与传统的感应电机相比，具有更高的效率和功率密度。
永磁同步电机的电磁设计主要包括磁极形状、磁路设计和绕组设计。
磁极形状是永磁同步电机电磁设计的重要组成部分。
常见的磁极形状有平面磁极、凸起磁极和凹陷磁极等。
磁极形状的选择与电机的输出功率和转速有关。
例如，对于高转速应用，凸起磁极可以减小磁场漏磁，提高电机的效率。
磁路设计是永磁同步电机电磁设计中的关键环节。
通过优化磁路设计，可以改善电机的磁路磁阻和磁导率等参数，提高电机的磁路利用率和效率。
同时，磁路设计也需要考虑减小磁铁磁感应强度损失，采用合适的磁路材料和结构设计，降低磁铁的温升，提高电机的稳定性和可靠性。
绕组设计是永磁同步电机电磁设计中的另一个重要方面。
绕组设计涉及电机的定子和转子绕组的布置和计算。
合理设计绕组可以降低电动机的电阻损耗和铜损耗，提高电机的效率。
此外，绕组设计还需要考虑绕组的散热和绝缘问题，确保电机的安全运行。
直流无刷电机是一种采用永磁转子的直流电机。
与传统的有刷直流电机相比，直流无刷电机具有更高的效率和更小的电刷磨损，可以实现长时间的高速运转。
直流无刷电机的电磁设计主要包括转子和定子的磁路设计和绕组设计。
转子磁路设计是直流无刷电机电磁设计的重要组成部分。
合理设计转子磁路可以提高磁路磁阻和磁导率，提高电机的效率和转矩输出。
通常情况下，直流无刷电机采用内置式磁铁转子，磁铁的选择和磁铁的磁场分布对电机的性能有重要影响。
定子绕组设计是直流无刷电机电磁设计的另一个重要环节。
定子绕组设计涉及到绕组的尺寸、材料选择以及绕组的布局和计算等。
合理设计绕组可以降低电阻和损耗，提高电机的效率和输出性能。
此外，定子绕组设计还需要考虑电机的散热和绝缘等问题，确保电机的稳定运行和安全性。
综上所述，永磁同步电机和直流无刷电机的电磁设计是电机设计中的重要环节。
通过优化磁极形状、磁路设计和绕组设计，可以提高电机的效率、功率密度和输出性能。
低速永磁同步电动机降低齿槽转矩的方法
低速永磁同步电动机降低齿槽转矩的方法CHEN Junjie;CHI Changchun【摘要】永磁体加工工艺的不断提升和我国稀土的大量开采,为永磁电动机设计和制造水平的进一步提升提供了良机.永磁同步电动机凭借着高效率和高转矩在能源开采、交通运输等诸多领域运用广泛.齿槽转矩是因为电动机磁导不均匀造成的,在电动机转动过程中不能避免.齿槽转矩会导致电动机出现噪声和振动,影响电动机的使用寿命.借助Ansys18.2软件,建立低速永磁同步电动机模型,对比了多组极弧系数、磁钢形状和斜槽角度后,得出极弧系数为0.7、斜槽角度为5°、偏心距为2 mm时,电动机的齿槽转矩、气隙谐波和反电势谐波最小.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2019(022)001【总页数】6页(P13-18)【关键词】永磁同步电动机;齿槽转矩;反电势波形;极弧系数;斜槽【作者】CHEN Junjie;CHI Changchun【作者单位】;【正文语种】中文【中图分类】TP2低速永磁同步电动机一般是指转速低于500 r/min的电动机，此类电动机在许多工业运输领域如电梯系统、码头传输、矿山机械中很常见。
低速永磁同步电动机需要降低齿槽转矩，提高整个转动装置稳定性和运行效率。
本文选取的电动机转速为110 r/min，通过Ansys18.2软件仿真，比较电动机在不同极弧系数、偏心距和斜槽角度下的齿槽转矩的大小，分别选取各组的最佳值；对齿槽转矩值最小的三相反电势波形和气隙磁密波形分别仿真，进行谐波分析，说明在降低齿槽转矩的同时，三相反电势和气隙磁密也有所改善。
1 齿槽转矩研究现状对降低齿槽转矩的方法和关于电动机齿槽转矩的研究较多。
在磁钢形状优化领域，文献[1]研究了偏心永磁体对电动机气隙磁密波形的影响，在该电动机模型下，原永磁体结构的电动机气隙磁密谐波含量为21.47%，而使用了最优偏心永磁体的电动机谐波含量仅为5.83%，气隙磁密的谐波含量大幅下降。
永磁同步电机
永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成。同步电 机实现能量转换需要一个直流磁场，产Leabharlann 这个磁场的直流电流称为电机的励磁电流。
永磁无刷电机包括永磁无刷直流电机和永磁无刷交流电机两种类型，作为电动机运行时均需变频供电。前者 只需要方波型逆变器供电，后者需要正弦波型逆变器供电。
矢量控制技术诞生于上世纪 70年代初，永磁同步电机的矢量控制系统是参照直流电机的控制策略，利用坐 标变换将采集到的电机三相定子电流、磁链等矢量按照转子磁链这一旋转矢量的方向分解成两个分量，一个沿着 转子磁链方向，称为直轴励磁电流；另一个正交于转子磁链方向，称为交轴转矩电流。根据不同的控制目标调节 励磁电流和转矩电流，进而实现对速度和转矩的精确控制，使控制系统获得良好的稳态和动态响应特性。
图3永磁同步电机概念图
永磁同步电机由两个关键部件组成，即一个多极化永磁转子和带有适当设计绕组的定子。
数学模型
两相旋转坐标系下，定子电压方程为: 式(1) 图4永磁同步电机稳态运行相量图根据式(1)得两相旋转坐标系下的永磁同步电机稳态运行相量图，如图1所 示。
分类
按励磁电流的 供给方式分类
按供电频率分 类
永磁同步电机
发电机、电动机种类
01 结构
03 数学模型
目录
02 工作原理 04 分类
05 控制方式
07 研究热点
目录
06 优点
永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题 的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率 密度。
永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与普通感应电动机基本相同，采用叠片结构以减小电 动机运行时的铁耗。转子可做成实心，也可用叠片叠压。电枢绕组可采用集中整距绕组的，也可采用分布短距绕 组和非常规绕组。
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低速大转矩永磁同步电动机的转子结构
及永磁体设计策略
摘要：本文在探讨永磁同步电机与低速大转矩永磁同步电机概念后，分析转子机构的设计策略以及永磁体的优化设计。
仅以本文设计成果，为我国电机企业借鉴参考，形成永磁同步电机开发的全新思路。
关键词：永磁同步电机；永磁体；转子结构；转子支架
中图分类号：TM341 文献标识码：A
Rotor Structure and Permanent Magnet Design Strategy of Low Speed High Torque Permanent Magnet Synchronous Motor
Hao Shuangge, Hongyan, Yan Shuqing, Wang Sheng
Guizhou Aerospace Linquan Motor Co., Ltd. Guizhou Guiyang 550000
Abstract: After discussing the concepts of permanent magnet synchronous motor and low-speed high torque permanent magnet synchronous motor, this paper analyzes the design strategy of rotor mechanism and the optimization design of permanent magnet. Based solely on the design results of this article, it is intended to serve as a reference for Chinese motor enterprises and form a new approach for the development of permanent magnet synchronous motors.
Keywords: Permanent magnet synchronous motor; Permanent magnet; Rotor structure; Rotor bracket
在国家环保政策不断深入以及永磁材料价格逐渐区域稳定的环境之下，我国永磁同步电机的应用范围越发广泛，且应用经验不断丰富、积累，大量企业均以
永磁同步电机取代了以往的异步电机，从而基于低速大转矩永磁同步电机的优势
提升企业生产效率。
而本文从事的低转速大转矩永磁同步电机设计探讨，则是进
一步推进我国永磁同步电机研发水平、社会水平，从而为工业领域提供更加先进
产品的高价值研究举措。
一、低速大转矩永磁同步电机概述
在极数较多背景下，异步电机有着较高比例的励磁电流，因而存在大量空载
电流，功率因数与效率因数均较低。
为降低转速，增大转矩以及增加转矩/惯量比，传统针对异步电机的方法为在传动装置内加入减速机。
减速器设备，其原理
是基于内部的带小齿轮减速比实现异步电机的控制，但其缺点在于运行阶段系统
故障率较高、可靠性低、噪声大且提及较大。
因此，目前大量使用传统异步电机
的企业，已纷纷利用低速大转矩永磁同步电机取代异步电机，且长期应用实践经
验下，同步电机也被各行业看作是可有效提升企业生产效率、生产稳定性的关键
设备[1]。
二、低速大转矩永磁同步电机转子结构设计
（一）基本结构设计
本文以一台常见型号永磁同步电机为例，对该电机的转子结构设计开展深度
研究。
该设备关键参数为60r/min额定转速、7.5kW额定功率，设计期间转子磁
路结构采用表面式结构，转子使用支架支撑轴结构，此种设计方式，有助于提升
同步电机转轴替芯段的设计直径，以有效降低低速大转矩永磁同步电机制造阶段
对硅钢材料的消耗，同时有效降低电动机转子与负载机械总质量、减少转动惯量。
图1为本次低速大转矩永磁同步电机定转子结构以及转子支架结构模型：
图1电机定转子结构与转子支架结构
（二）荷载工况分析
在低速大转矩永磁同步电机运行阶段，转子支架结构随之旋转阶段，因自身与永磁体重量的影响会产生离心力。
同时，定子、转子二者之间产生的电磁作用之下存在着径向分量，这一荷载形式将会让转子支架出现径向变形问题，对于该问题，本次设计过程将其称为“第一荷载工况”。
此外，定子、转子二者之间的电磁作用力切向分量将产生扭矩作用，进而造成转子支架机构扭转变形问题，本次设计阶段将该问题称为“第二荷载工况”。
“第一荷载工况”下，在速
60r/min的基础上施加离心力，定子和转子之间的电磁作用力径向分量，采用压力形式向转子支架外表面进行施加，其压力如式1：
（1）
式1内，气隙磁密以B表示，真空磁导率以表示。
“第二荷载工况”下，额定功率为7.5kW，额定转速为60r/min，此刻永磁同步电机额定转矩通过计算可得出为1193.75N·m。
在充分考虑实际工况中可能出现的各种特殊影响因素，在计算阶段设置2倍过载倍数，基于2387.5N·m最大转矩开展计算[2]。
（三）强度分析
综合较量第一荷载工况与第二荷载工况共同作用同时，对病原体部分结构、尺寸参数进行分析，并以此为依据计算不同结构与不同尺寸下的应力强度。
表1数据为针对不同部位应力的计算数据：
表1不同尺寸/不同部位转子支架应力计算数据
结合对表1数据的分析，可以发现在不同尺寸、部位应力计算数据之下，辐条部位应力水平相对较高，轮毂与磁轭部位则有着较低的应力。
在对内圆因素、转轴配合部位加工工艺因素充分考量背景下，为了有效保证转子支架结构具备良好可靠性，可适当缩小轮毂的长度，以实现轮毂加工量的节约。
与此同时，在设计阶段，充分考虑键槽的设计尺寸，基于不同轮毂长度对应键的应力计算结果，最终确认表2内的转子支架参数[3]：
表2转子支架设计参数
三、永磁体设计
在确定转子支架设计尺寸后，本次设计对用瓷器进行形状维度的优化分析。
图2为用永磁体截面图：
图2 永磁体截面图
本次设计认为，不断改变永磁体界面的端部起始厚度以及削角的大小，即改
变a的值与d的值，可实现电压总谐波失真度、空载反电动势以及齿槽转矩的调整。
设计阶段，对a值分别设置60°、45°、30°，基于对永磁体截面形状变换
的计算结果，同时充分考虑加工的可行性，最终将本次设计永磁体截面端部其实
厚度设置为3mm，削角设置为60°，基于电磁场计算后最终获取漏磁系数=1.27，齿槽转矩、空载反电动势波形见图3、图4：
图3 齿槽转矩曲线
图4 反电动势波形
关于永磁体的固定，本次设计所采用的表面式转子磁路结构，可采取极间压条固定、粘贴或是中部/两端固定、无纬玻璃丝缠绕固定的形式。
在充分考虑永磁体形状因素、磁极间的空间因素以及尺寸因素后，最终采用粘贴与极间固压条固定的结合方式，确保永磁体足够固定、牢靠[4]。
结束语：
本次研究，面向低速大转矩永磁同步电机尽心转子结构、永磁体量大部分的设计探讨，在对目标同步电机设备加以介绍后，以某款同步电机为研究对象，对该同步电机从事转子结构设计研究、包括基本结构设计、刚度与强度分析，确认了相关的设计参数。
随后，本文针对该同步电机进行永磁体设计，确认永磁体端部起始厚度参数与小脚参数，并以粘贴结合极间压条固定，最终完成低速大转矩永磁同步电机的设计。
参考文献
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作者简介：
郝双（1991.02-），女，蒙古族，籍贯辽宁省阜新市，硕士研究生，助理工程师，主要从事电机设计工作。