基于场—路结合设计提高永磁同步电动防水按键
2017年 03 月
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2时步有限元分析为基础的场—路结合的设计方法 (3)
1转子磁路结构的研究
T mpE U X mpU X X em d q d
=+-022112ωθωθ
sin ()sin防尘机箱
冷冻水产品
式中: em T ——电磁转矩
m ——电动机相数
p ——电动机的极对数
0E ——反电动势
冒进信号U ——外加电压
ω——电动机的电角频率
d X ——直轴同步电抗图像识别系统
θ——功率角 q X ——交轴同步电抗
可以看出，0E 与d X 决定着电动机电磁转矩中永磁转矩的幅值，从而也决定着失步转矩倍数。为提高电机的失步转矩，应使0E 增大，
d X 减小。但是采取增加电动机绕组匝数来提高0E 的方法是不可取的，
因为绕组匝数的增大，虽使0E 成正比提高，但d X 却随着平方关系增大的更多，使d X E /0反而减小，永磁转矩幅值反而下降，同时也会使电机的效率降低。这就需要在磁路结构上进行创新，使得永磁电机的漏磁通减少，而主磁通增多，使得0E 增大，从而达到提高失步转矩的
目的。
对于永磁电机的磁路而言，径向结构电机的制造工艺相对简单，但永磁体提供磁通的能力相对弱一些，而且电枢反应d轴去磁磁动势对永磁体的去磁作用较强；切向结构提供磁通能力强，但结构和电机制造工艺相对复杂，漏磁较大，其空载磁场分布如图所示。可以看出，永磁电机转子如果使用切向结构，有相当的磁力线通过转子轭部进入电机轴，永磁材料的利用率较低，因此，必须在电机转轴处相应地增加隔磁措施，通常的方法是在轴外圆加上隔磁套，材料多是铜或铝合金等不导磁材料，用来进行隔磁，图2是在轴上加上隔磁套后，电机铁心内部磁场分布示意图。可以看出，在电机加了隔磁套之后，漏磁大为减少。但是，由于电机轴加了隔磁装置，电机的成本增长较多，不利于永磁电机的推广和应用。本次设计中，某些规格采用的是新型防漏磁磁路结构，利用磁力线容易通过磁导较小路径的原理，在不增加成本的前提下，有效地减少了漏磁，增加了反电动势
管式热交换器原理图E，从而提高
了电机的失步转矩。磁路的结构如图3所示。
图1 电机采用切向结构（不带隔磁套）磁场分布图
图2 电机采用切向结构（带隔磁套）的磁场分布图
图3 电机采用混合式（V型）磁路的磁场分布图
2时步有限元分析为基础的场—路结合的设计方法自起动永磁电机的动态和稳态性能的设计计算与分析，基于场-路-运动耦合的时步有限元方法较常规磁路的方法精确。现有的基于磁路计算程序有较大的局限性，特别是磁路较为复杂的时候，需要引入较多不确定的经验系数。而时步有限元考虑了基于磁路设计方法中不容易考虑的复杂磁路结构、饱和、非线性、局部漏磁等诸多因素。
实现了磁场量、电气量以及运动量的耦合，并将时步有限元方法成功应用于永磁电机的设计与分析。该方法将包含迭代变量
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