【摘要】近年来，我国的工业化建设发展迅速，本文针对新型的永磁电机转子的磁路结构进行分析，分析了内置式转子磁路结构、表贴式转子磁路结构的优缺点，并分析该结构下平行充磁的径向充磁效果，希望能够为优化磁路设计，让电机的转子磁路接近于表贴式的磁钢结构效能，保证电机的控制效果更加简单可行奠定基础。现针对本次设计的磁钢结构、充磁方式、电机反电势波形等内容进行以下分析研究。
【关键词】：永磁电机；转子；磁路结构；设计分析
永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。对比传统的电励磁同步电机，永磁同步电机的整体使用效益高且结构简单，体积小，重量较轻，从整体的控制效果和控制表现来看，永磁同步电机的转矩特性和直流电机较为类似，因此具有调速范围宽、控制结构较为简单且操作十分快速迅捷等特点。该技术在航空航天以及伺服传动、新能源驱动方面运用较为广泛，也在很多相关领域运营显著。
结合永磁同步电机的磁钢安装表现来看，可见现有的永磁同步电机分为表贴式和内置式两种
模式，其中内置式特点在于将磁感镶嵌在铁芯的内部，可以保证转子的结构稳定，保护磁钢，减少其受到高转速的冲击和影响；但是内置式控制系统的结构十分复杂，内部的交直轴磁路之间也存在交叉影响，导致了操作系统的直交轴的电感不相等。此外，表贴式的永磁电机的磁钢是贴在转子的表面，其固定方式较为简单，但是可靠性不高，在实际的操作中容易受到振动影响，虽然可以采用绑扎等方式固定转子，但是整体也会增加气隙效果，直接影响电机的运行功能。现针对两种模型的特点进行分析，总结其优缺点，并创新设计兼容性的新型永磁同步电机转子磁路，兼顾内置式和表贴式的结构特点，后经过有限元分析和样机测试后，验证了该方法的可行性。
1.简述数学模型
本次设计的模型选用永磁同步电机转子磁路，有表贴式磁路结构和内置式磁路结构两种。
首先，表贴式的磁路结构需要将磁钢固定在转子的表面，由于磁钢的导磁率和空气的导磁率接近，因此磁路结构属于隐蔽式结构，且电机的交直轴的电感接近；其次，内置式转子结构的磁钢的导磁率和硅钢片的磁导率之间有一定的差异，磁路结构属于凸极结构形式，且电机的直轴电感也比交轴电感小一些。结合永磁同步电机的双反应理论可知，当直交轴
坐标系以同步转速旋转的时候，交轴超前直轴垂直时候，可仅仅控制交轴电流就可以实现对电机的整体控制。但是对于内置永磁电机而言，其内部的交、直轴的电感不相等，除了永磁转矩影响外，磁阻转矩也会影响整个结构体系，相关单位也无法通过仿真的措施来计算结果，因此内置式磁路结构的内部控制系统更加复杂。
因此本次结构设计的要求满足高速运行和冲击环境下，磁钢结构的稳定性和可靠性；运行时候电机的自交轴电感设计要保持一致且电机控制方式和标贴形式类似，可保证电机的控制效果。
本次研究提出了新型转子磁路结构，其具有以下优点。首先，该转子结构在直轴方向设计有隔磁磁桥，可增加直轴电感；可在整个交轴的方向上开设小孔进而减少交轴电感，还能够保证电机的电感接近。
磁钢内置与转子铁芯内部，可以增加转子的强度，可保证和内置式转子具有相同的结构性能，可通过调整磁钢的布置方式，或可采用平行的充磁工艺技术进而获得径向充磁效果。在设计时候需要满足气隙长度合理，可减少磁钢材料用量，保证产品的整体成本。
2.有限元计算方式研究
本次研究的电磁场有限元计算方式运用了二维平面电磁场同步有限元联合场路耦合途径。计算时候需要考虑机械运动、涡流集肤效应以及绕组的邻近效应等。
3.仿真计算结构分析探讨
结合以上的计算研究和转子磁路结构分析，现针对实际的运行需求提出三种磁路结构模式。对内置式、表贴式和新型磁路结构进行性能验证。
本次研究设计的定子槽数为36槽，转子可采用不同的磁路结构，其中包括表贴式、内置式等。
经过有限元计算分析可知，结合三种磁路结构的空载反电动势波结构，电机运行到1000rpm时候，磁钢的温度可为20摄氏度。整体而言，表贴式转子磁路结构和内置式转子磁路结构均有差异。其中有限元分析可知，本文提出的新型转子磁路结构的反电势波形接近于正弦波，且谐波的含量较低，畸变率可达到0.3%左右，低于表贴式结构的2.6%和内置式转子结构的1.3%、在空载工况下，可对三种磁路结构的电机交、直轴电感进行有限元仿真研究分析，对比可得到交流、直流电感随着时间的变化波形，整体结果可知，表贴式的
交直轴磁铁导结果十分类似，仿真曲线中的交直轴中的直线电感也十分接近，整个电机的凸极率无限接近“1”。内置式电机的数值无限接近“1.5”。本文提出的新型转子磁路结构的电感仿真曲线中，结构的凸极率为1.06，结果和表贴式装置的结构类似，因此控制方式基本一致，表示操作简单可行。
4.计算验证分析
本文针对新型转子磁路结构的电机进行针对性分析，并结合这种设计参数进行针对性的样机分析，结合样机的空载反电动势波结构和电机线电感测试结果可知，反电动势的有效率和仿真计算之间存在1.5%的误差，因此整体满足工程的设计和使用基本要求。后对新型转子的结构进行电感测试分析，可得到样机电感的最大值可为115uH，最小值约为100uH，结构的凸极率为1.06，操作和表贴式电机接近、实际性能和内置式电机接近，满足操作简便，性能稳定的设计初衷。
5.结论
针对内置式、表贴式的永磁电机转子磁路结构优缺点、实际的工业生产需求，本文提出了
一种新型永磁同步电机转子磁路结构设计理念，经过实验验证分析得出以下结论。首先，本文提出的新型永磁同步电机转子磁路结构可提升电机的转动效率，可保证磁钢高速运转的稳定性和安全性；而通过优化设计电机的交直轴，可保证电机的交直轴电感接近，和表贴式的操作方式类似，电机操作更加简单和精准；而通过优化调整磁钢的布置方式和角度，采用平行充磁的方式可以让磁钢具有径向充磁的优势，可发挥反电动势波的优点。经过设计论证研究，新型的永磁电机转子磁路结构设计和内置式功能需求一致，转子的外部光滑，可减少噪音和高速运转的磨损，实用性强，建议推广。
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