永磁电机中永磁体尺寸优化设计

赵强 ,赵争鸣 ,高徐娇 　(清华大学电机工程与应用电子技术系 ,北京 　100084)

摘 　要 :在永磁电机的设计中 ,永磁体尺寸的确定是非常重要的 。传统的永磁体尺寸

设计采用经验公式来估算 ,不准确亦不具有普遍性 。本文提出一种新的永磁
电机中永磁体尺寸的设计方法 ,即用 ANSYS 软件对永磁电机的磁路进行有
限元分析 ,计算出磁路的主要漏磁系数 ,再由磁路计算 ,得到永磁电机所需的
永磁体大小 。通过对一台 2. 2kW 的永磁同步样机做试验分析 ,所得的试验
结果与仿真结果非常接近 ,说明永磁同步电机设计及仿真程序结果的可行 ,
能直接应用到永磁电机的设计制造之中 。

关键词 :永磁同步电机 ;永磁体大小 ;有限元方法 ;漏磁系数
中图分类号 :TM531 　文献标识码 :A 　文章编号 :1004 - 0056 (2001) 03 - 0002 - 04

1.

概述

永磁同步电机以其高效 、

高功率因数和

良好的可靠性得到越来越多的广泛应用 。永

磁电机的发展与永磁材料的发展紧密相关 ,
早期的永磁体磁能密度小 ,限制了永磁电机
容量的提高 。20 世纪 60 年代以后 ,出现了
具有高剩磁密度 、

高矫顽力 、

高磁积能和线性

退磁曲线的稀土永磁体 。稀土永磁体的剩磁
密度 和 矫 顽 力 最 高 可 达 1. 47T 和 992kA/

m

[ 1 ]

,最大磁积能密度可以做到 436. 8kJ / m

3

[ 1 ] ,稀土永磁体的高性能使得永磁电机迅速

发展

[ 2 ]

。

在永磁电机的设计中 ,永磁材料的尺寸

确定是非常重要的 。永磁体的设计包括永磁

材料的种类 、

形状 、

摆放位置和尺寸大小 。本

文提出的设计方法是在种类 、

形状以及摆放

位置已经确定的情况下 ,关于永磁体尺寸的
优化设计 。永磁体尺寸包括轴向长度 L

M

、

磁

化方向长度 h

M

和磁化方向宽度 b

M

(见图 1) 。

L

M

通常等于或略小于电机的轴向长度 ,实际

上 ,只需要设计永磁体在永磁电机横截面上
的尺寸 h

M

和 h

M

。

图

1

　内置径向稀土永磁同步电机

近年来 ,永磁电机都是使用磁性能较高

的稀土永磁体 。稀土永磁体的价格较高 ,占
电机制造成本的百分比较大 ,永磁体的用量
在很大程度上影响着永磁电机的成本 。如果

永磁体体积设计过大 ,会增大电机成本 ,造成
浪费 ;但是 ,如果设计过小 ,又会影响电机的
性能 ,使电机达不到设计要求 。近十几年来 ,
有关永磁电机设计的文章很多

[ 3 ] - [ 7 ]

, 但涉

及到永磁体尺寸大小优化设计的却很少 。

传统的永磁体尺寸设计是使用经验公式

来估算的 ,而经验公式中的许多参数都属于

・

2

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2001

年第

3

期 　　　　

《电机电器技术》　　　　　　

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电机电器技术・