摘要：永磁同步电机具有许多优点，是未来最具应用前景的电机之一。本文介绍了永磁同步电机的特点和工作原理，全面剖析了永磁同步电机转子部分的结构，并提出了一些优化思路。 关键词：永磁同步电机；转子；结构分析；优化
随着我国制造业的发展，电子工业也得到了快速的进步，作为装备制造业的核心关键技术，高质量的电动机系统成为人们关注的重要焦点之一。电机的综合性能可以直接影响弊端装备制造的效率和产品质量，而永磁同步电机（Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM）相对于传统的电机系统具有诸多优点，是未来最具使用前景的电机之一。本文主要研究永磁同步电机的转子结构和优化问题。
1永磁同步电机概述
1.1永磁同步电机的特点
所谓“永磁”是指电机转子部分是采用永磁体为原料制造的，这是对传统电机结构的一种优化，使电机综合性能得到了进一步的提升。而所谓“同步”是指转子转速恰好等于定子绕组的电流频率，通过改变输入定子绕组的电流频率来达到控制电机转速的目的。
与传统的电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、功率高、转矩大、结构简单等优点，尤其是在功率/质量比、极限转速、制动性能等方面的性能提升更是十分明显。随着各种新技术、新工艺和新材料的出现，永磁同步电机的励磁方式也在持续发展和优化，目前已经可以实现励磁装置的自适应最佳调节。永磁同步电机非常适用于要求连续的、均速的、单方向运行的机械设备，如风机、泵、压缩机、普通机床等，因而在工业、农业等领域均有着广泛的应用。
1.2永磁同步电机的工作原理
在传统的交流异步电机中，首先要求定子的旋转磁场在转子绕组中感应出电流，然后再由这些感应电流产生转子磁场。根据楞次定律，转子始终保持着跟随定子旋转磁场转动的状态，但其速度总会慢一些，因而被形象地称为“异步”电机。现在假设转子绕组电流不是由定子旋转磁场感应出来的，而是其本身提供的，那么显然转子磁场就和定子旋转磁场没有什
么关系了。由于磁极方向是不变的，根据同性相斥、异性相吸的物理现象，定子旋转磁场必然带动转子以同样的速度旋转，因而形象地称为“同步”电机。
按照电机转子磁场产生模式的区别，同步电机可以分为励磁同步电机和永磁同步电机两类。其中前者的转子绕组外接直流电来激励转子磁场，从而使转子与定子磁场的旋转方向和速度保持一致；而后者直接在转子上安装永磁体，其本身就自带永久磁场，无需另外设计电路来完成磁场的激励。本文研究的是永磁同步电机。
2永磁同步电机转子结构分析
转子是PMSM的重要组成部分，也是核心关键部分。PMSM的转子部分主要由永磁体、转子铁芯、转轴、轴承等组件构成。根据转子铁芯位置的不同，PMSM可以分为表面式和内置式两种，其中表面式又可以进一步细分成表贴式和插入式两种，内置式又可以进下细分成径向式、切向式和混合式三种。
表面式PMSM有两对极对数，可以采用凸装式装配或嵌入式装配，如图1所示。 从图1中不难看到两种不同形式的表面式PMSM，其中与电动机的转子磁极所在的轴线重合的轴称为d
齿槽转矩轴，超前d轴90度电角度的轴称为q轴，考虑到不同转子的磁极对数不同，因此q轴和d轴组成的机械角度差也不同，但是电角度差始终保持90度。显然，由于表面式PMSM的永磁体直接贴在铁芯外侧，而永磁体的磁导率与气隙相当，也就是它们的相对磁导率约为1。另外，电机交直轴磁路是对称的，其凸极率也大致为1，因而属于一种隐极电机，无凸极效应和磁阻转矩。上述结构也存在一些缺陷，例如电枢反应较小、弱磁能力较差、永磁体容易退磁等等。
图1 两种表面式PMSM示意图
内置式PMSM的永磁体埋于转子铁芯内部，受到极靴的保护，结构更加牢固，在高速旋转时仍较安全。内置式PMSM的q轴电感一般都高于d轴，这对于弱磁升速是非常有利的。内置式PMSM转子结构又分成径向式、切向式和混合式。
其中径向式转子的永磁体在内部，适用于高速运行场合，有效气隙小、电枢反应电抗大、凸极率大于1。转子交、直轴的非对称性使电机功率密度和过载能力得到提升，恒功率运行范围较宽。切向式转子结构在相邻两个磁极并联提供一个极距下的磁通，因此每极磁通更大。径向式转子结构漏磁系数较小，不需要采取隔离措施，极弧系数易于控制，转子强度高，永磁体不易变形。切向式结构的PMSM具有漏磁系数大、每极磁通大、极数多、磁阻转矩大等特点。混合式PMSM结合了径向式和切向式的优点，但结构和工艺复杂，成本高，实际很少有应用。
3永磁同步电机的转子优化
永磁材料在振动、高温和过载的环境下可能会出现导磁性能下降、退磁等问题，现象，因此对永磁同步电机的转子结构进行优化是十分必要的。永磁同步电机的振动和噪声主要是由于电磁场的不稳定性造成的，因为电磁场通常会受到电机转矩脉动和径向电磁力波动的影响。为了达到低转矩脉动的目的，人们提出了许多解决方案，但归纳起来，基本上都是从电机设计和控制技术两个方面进行优化的。小额信贷保险>过氧化值
如果定子电流是标准的正弦波信号，在不计铁心饱和影响的情况下，PMSM的转矩脉动来
源包括齿槽转矩、磁阻转矩脉动和电磁转矩脉动，这三类脉动要分别采用措施才能降低其影响程度。齿槽转矩就是永磁体和定子齿相互作用力的切向分量，因此可以通过调整定/转子斜槽/极、槽开口宽度、齿宽等参数来进行削弱。此外，采用不等齿宽、开辅助槽、优化磁极形状、永磁体分块等技术也可以有效解决。
4结语
综上所述，永磁同步电机转子部分是采用永磁体为原料制造的，具有体积小、重量轻、功率高、转矩大、结构简单等优点，在功率/质量比、极限转速、制动性能等方面也表现优异。但永磁材料在振动、高温和过载的环境下可能会出现导磁性能下降、退磁等问题，但目前已经有不少优化解决方案。值得注意的是，在永磁同步电机转子结构优化设计过程中，在解决某个缺陷之后可能又会引出另一个缺陷，因此要从结构和控制两个方面着手进行综合权衡，使电机的整体性能达到最优。
参考文献
印务局
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陈萍，女，汉族，安徽宣城，1979年7月27日，大专，初级工程师，安徽皖南电机股份有限公司，（242500），研究方向：生产制造
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