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ISSN 100020054
CN 1122223N
清华大学学报
(
自然科学版
)
J T singhua U niv
(
Sci & Tech
)
,
2001 年 第 41 卷 第 9 期
2001,
Vol
. 41,
No
. 9
1132
44247
永磁同步电机的结构与其电磁参数关系分析
高徐娇, 赵争鸣, 赵 强
(
清华大学 电机工程与应用电子技术系, 北京 100084
)
收稿日期: 2000206229
作者简介: 高徐娇
(
19772
)
, 女
(
汉
)
, 安徽, 硕士研究生。
摘 要: 永磁同步电机的结构多种多样, 磁场复杂, 在电机
的设计和仿真时, 电磁参数不易得到。论文提出一种新的方
法, 从电机电磁场的角度, 研究电磁参数和电机结构的关系。
在永磁同步电机的设计和仿真时, 直接根据具体电机结构调
入所需电磁参数, 不但缩短了仿真程序的开发周期, 而且能
进行多种结构电机的设计, 增加了程序的通用性。另外, 从电
磁场的角度直接计算电磁参数, 保证了参数的精确性。针对
内置径向式永磁同步电机, 研究了电磁参数与其结构关系,
并将所得参数用于电机的设计和仿真。仿真和试验结果表明
该方法能快速精确地设计永磁同步电机。
关键词: 永磁同步电机; 电磁场; 场路结合方法; 有限元
方法
中图分类号:
TM
153
文章编号: 100020054
(
2001
)
0920044204 文献标识码:
A
Analysis of the relation between
electro-magnetic parameters and
permanen tmagnet machine structure
GAO Xujia o, ZHAO Zhengm ing, ZHAO Q iang
(
Departmen t of Electrical Engineering,
Tsinghua Un iversity, Beijing 100084, China
)
Abstract: The values of the electro2m agnetic parameters of
perm anent magnet
(
PM
)
m achines are difficult to obtain by tests or
calculations due to the various structures and the field comp lexity.
The relationship betw een the electro2m agnetic param eters and
m achine structures has been investigated using the electro2m agnetic
field analysis. Then the results are illustrated w ith a set of curves
and stored into the database, so the param eters can be directly
loaded from the database for a specific motor structure. Thismethod
can not only reduce the p rogram developm ent cycle tim e, but also
can design and analyze various machine structures. Thus the
versatility of the p rogram is increased. Furthermo re, the m ethod
guarantees the p recision of the param eters since they are calculated
directly from the electro2m agnetic field m ethod. The results of
simulations and experim ents show that the m ethod can be used to
quickly and accurately analyze and design PM m achines.
Key words: perm anent m agnet
(
PM
)
mach ine; field2circuit
com bination; finite elem ent m ethod
与传统的电励磁电机相比, 永磁电机由于引入
永磁体, 电机内磁场的分布和性质都发生很大的变
化, 磁场的非线性及饱和度大大增强。永磁体的摆放
方式多种多样
[1 ]
, 且新的转子结构不断出现
[2 ]
, 使得
在永磁电机设计和仿真中所采用的传统计及饱和磁
路分析方法不再适用。场路结合的方法被提出并首
先用于永磁直流电机的分析
[3 ]
。许多新型永磁电机,
如弱场双凸极永磁电动机
(
field w eakening doubly
salient perm anent mo tor
)
, 普遍采用有限元法
[4 ]
。文
[5 ]采用有限元法对 4 种不同转子结构的永磁同步
电动机, 作了详细的磁场计算和分析。但是绝大多数
文献利用有限元法, 只是针对某个具体电机求得电
磁参数。本论文利用有限元法对多种结构永磁同步
电机研究其电磁参数和电机结构之间关系, 将有限
元法在永磁同步电机设计和分析中的应用扩展为新
的方式。
1 原理及方法
在永磁同步电机设计和仿真中, 直轴同步电感
L d
, 交轴同步电感
L q
和漏磁系数
∆
是 3 个重要的电
磁参数。以往利用有限元法来精确计算这些参数。但
永磁同步电机转子结构具有多样性, 每种结构的电
磁参数相差很大, 必须分别计算。每个特定转子结构
的
L
d
,
L
q
,
∆
又与定子外径、气隙长度以及永磁尺寸
密切相关。在设计和分析多种结构永磁同步电机时,
每种结构在不同的关键尺寸
(
指定子外径, 气隙长
度, 永磁尺寸
)
下都单独计算, 工作量庞大。本论文提
出一种新的方法, 对每种结构, 确定几套关键尺寸,
利用
AN SYS
软件包可求出所需参数; 然后研究总
结出
L
d
,
L
q
,
∆
和关键尺寸之间的关系, 绘制成曲
线, 存入数据库。对于每种结构的电机, 都得到一系
列函数曲线。在设计电机时, 对新的关键尺寸通过插
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