保证两者的中心高、

底脚尺寸、

及轴伸尺寸完全相同的前提下 ,对电机的铁芯尺寸必须重新

进行优化设计

[ 1 ]

。与鼠笼异步电动机相比 ,由于转子中存在永磁体 ,无法实现斜槽 ,所以为

了减少气隙中的谐波 ,只能对定子进行斜槽。

永磁同步电动机的气隙长度对这类电动机的无功电流的影响不如对鼠笼异步电动机那

么敏感 ,但它对电机的交、

直轴电抗影响很大 ,气隙长度的大小还对电机的装配工艺和杂散

损耗有着较大的影响。在设计稀土永磁同步电动机时 ,气隙长度δ一般要大于同规格的鼠
笼异步电动机 ,以减小电机的杂散损耗、

降低电机的振动和噪声、

并简化装配工艺。电机中

心高越大 ,永磁电动机的气隙长度比鼠笼电机的气隙长度大得越多。由于永磁同步电动机
中气隙谐波场比鼠笼异步电动机中的大 ,所以增加气隙长度是减小杂散损耗的一种有效途
径

[ 2 ]

。

12 　转子磁路结构

选择合理的转子结构形式 ,在保证稀土永磁同步电动机起动性能的前提下 ,提高力能指

标 ,减小稀土永磁体的用量 ,是该类电机设计过程中的主要任务。在自起动永磁同步电动机
中 ,转子上除鼠笼绕组外 ,还嵌有永磁体 ,这是该类电机与感应式电机的主要区别。为适用
于多种应用场合 ,电机研究人员提出了多种转子结构 ,如内转子和外转子。在内转子中 ,按
照永磁体在转子上位置的不同 ,又分为 3 种 :表面式、

爪极式和内置式。按照永磁体的磁化

方向与转子的旋转方向之间的相互关系 ,又可分为径向式、

切向式和混和式。图 1 是一种常

见的内转子内置切向式稀土永磁同步电动机结构图。

图 1 　内置切向式稀土永磁

同步电动机结构

Fig. 1 　The st ruct ure of PMSM

wit h PM inside and tangential

由于表面式转子磁路结构和爪极式转子磁路结构的

电机 ,不具备异步起动能力 ,或异步起动能力较弱 ,只能
用于矩形波永磁同步电动机 ,或变频起动的场合 ,不适用
于异步起动的永磁同步电动机 ,这不是本文讨论的重点。

工程中应用较多的是具有异步起动能力的内置式转

子磁路结构 ,该类结构可分为径向式、

切向式和混合式 3

种类型 :

(1) 径向式结构的优点是漏磁系数小、

转轴上不需采

取隔磁措施、

极弧系数易于控制、

转子冲片机械强度高、

安装永磁体后转子不易变形等。

(2) 切向式结构的漏磁系数较大 ,并且需采用相应的

隔磁措施 ,电动机的制造工艺和制造成本较径向式结构的成本有所增加。其优点在于一个
极矩下的磁通由相邻 2 个磁极并联提供 ,可得到更大的每极磁通。尤其当电动机极数较多、
径向式结构不能提供足够的每极磁通时 ,这种结构的永磁同步电动机的磁阻转矩在电动机
总电磁转矩中的比例可达 40 % ,这对充分利用磁阻转矩 ,提高电动机功率密度和扩展电动
机的恒功率运行范围都是很有利的。

(3) 混合式结构集中了径向式和切向式转子结构的优点 ,但其结构和制造工艺均较复

杂 ,制造成本也比较高

[ 3 ]

。

在选择转子磁路结构时 ,必须综合考虑

和

对电机性能的影响。

凸极率

/ X

较

小时

便于电机实现自起动

;

较大的

和凸极率

/ X

较大时可以提高电动机的牵入同步

能力、

磁阻转矩和电动机的过载倍数。

但是

如果磁阻转矩超过一定的范围

则将会造成电机

总第

126

期　　　　　梁　华　李训铭　严登俊　稀土永磁同步电机优化设计分析