浅谈永磁电机的设计要点

    丁娜 于杰

    摘 要：随着我国科技水平的不断提升，永磁电机被广泛应用于生活与生产之中，且永磁电机的应用范围也不断扩大，在科技产品的生产过程中已经不可或缺，比如航空领域、机械工程领域、机器人制造领域和各种精密的纺织领域，所以必须加强对永磁电机的研究，以此提升设计质量，保证其能够被有效应用。

    关键词：永磁电机；设计要点；电磁

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.148

    永磁电机在设计过程中，大都选择稀土类的钕铁硼永磁体作为电磁场，以此减少线绕式的激磁场使用过程中出现的铜耗现象，避免在设计过程中应用滑环或者碳刷等部件，能够最大程度上减少永磁电机的体积，提升永磁电机的工作效率，节约空间，提升功率质量[1]，所以当前永磁电机已经代替了传统的绕线式的激磁磁场电机，并且已经逐渐取代了异步电机和变频调速电机。

    1 常见的电机类型

    （1）直流电机。直流电机是最容易控制的电机类型，由于直流电机主要由线性的励磁和电枢电流组成，所以能够通过直接对励磁和电枢电流进行控制就可以保证电机的转矩与转速。

    （2）感应电机。感应电机使用的安全性较高，且该类型的电机造价比较低，不需要采用电刷进行控制，也不需要定期进行维修，但是这类电机控制相当困难，功率较低，损耗较高，应用效果并不理想。

    （3）开关磁阻电机。这类电机内部结构较为简单，电机的转子内不设置绕组，温度适应能力较强，造价较低，只是在使用过程中必须依靠相应的外设转子才能够进行传导，对开关进行控制[2]，可见，该类电机控制难度较大，尺寸也会比较大，加之外界噪音和振动情况的影响，将直接影响该类电机的使用。

    （4）永磁无刷电机。这类电机采用电力电子逆变器更换了电刷，极大程度上降低了电机的磨损程度，减少了维护成本，提升了应用安全性能，且该电机在使用过程中的密度比较大，使用效率较高，设计的大小也比较小，所以该类电机被广泛应用于电动汽车上，但是由于该类电机必须采用永磁体进行制作，所需造价较高，一旦温度较高，将直接导致永磁体出现退磁现象。

    2 永磁材料

    永磁体被大量应用于永磁电机上，其具有矫顽力、剩余磁通密度和居里温度等性能，矫顽力指的是永磁体退磁的简易程度；剩余磁通密度指的是永磁铁在工作过程中一旦外加磁场的干预小时，那么磁场强度的剩余量是多少；居里温度指的是当材料的磁化强度下降为0之后的温度。这些性能均能够保证永磁电机使用的安全程度与可靠程度。当前常见的永磁材料主要包括稀土永磁材料、软磁材料[3]。

    3 永磁电机设计的主要内容

    永磁电机并不是簡单的设计，而是需要从机械化、电子化、电磁化、热传化等多种角度进行研发，结合各个领域的知识内容，根据传统的电机生产经验，进行永磁电机的初步设计，并根据设计成果进行电机的修复和完善，直至其各项功能与指标能够达到预期目的。所以在进行永磁电机的设计过程中，需要将各方面知识进行结合，合理对各项设计内容进行整合。主要从以下几个方面入手：

    （1）尺寸规格。在对永磁电机进行设计过程中，需要对该电机的使用场合进行了解，对永磁电机的负荷量进行把控，以此合理设计尺寸与规格，在对尺寸与规格进行设计的过程中，主要包括对永磁电机的定子内径、铁心长度和永磁体的大小，只有合理进行尺寸的设计，才能够保证电机的大小符合实际应用场合，保证电机的使用质量，尽可能的节约设计成本，保证永磁电机的输出功率，满足电压的实际状况，保证转速符合相关规定。

    （2）永磁电机转子形态。转子形态主要由外转式、内转式、径向气隙构造与轴向气隙构造等多种形态组成。内转式转子形态在使用过程中不会产生较大的惯性力量，所以经常在伺服控制中被广泛使用，而外转式的转子形态在旋转过程中所产生的惯性力量较大，能够被应用于直接驱动的场所。永磁电机依转子形态主要由嵌入型、内藏型和附着型三种类型组成，内藏型的永磁电机经常会在转子内隐藏永磁体，所以永磁体所处较为安全的环境之内，形成坚固的永磁电机结构，保证在高速转动过程中能够较好适应离心力的影响，所以该结构经常被应用于转速较高的场所。表面型的永磁电机能够适应于转速较低或者中级转速的场所，且在应用过程中所产生的效率也是较高的。

    （3）材料的选择。当前我国电机所采用材料大都是铁心材料，铁心材料也被称为软磁材料，其在使用过程中能够适应较低的磁滞回路，具有较低的保磁力和较高的倒磁作用，永磁体作为永磁电机的主要材料，其能量密度极高，在机械传动的领域具有非常重要的作用，相对于传统的绕线式激磁场具有显著的应用优势。当前电机材料主要包括铸钢、冷轧矽钢片和锻铁等多种材料。

    （4）其他设计问题。确定好永磁电机的尺寸之后，将槽数的数量对绕线匝数的数量进行确定，对永磁电机进行设计的难度主要包括转矩相关因素和铁心的饱和程度，永磁电机极数的多少也将直接影响电机振动的情况，所以这就需要合理对槽数的数量进行确定，合理对相数的多少进行确定，以保证转矩涟波的平整程度和驱动器的价值，所以相数数量越多，转矩输出能力就越强，但是设计过程中所需要的功率晶体数量也就越多，设计制造所需的成本也会有所增加，所以大都采用三相作为永磁电机的运转是最合时宜的。

    且在进行永磁电机设计的过程中，必须对气隙进行合理把握，需要对永磁电机槽面积的形状及线径的耐流程度进行确定，以此保证合理进行永磁电机的绕线与制作。在进行电机模型试用的时候，必须对不同相数之间的导体数量与绕线匝数进行确定，合理进行电阻、线径和电感的计算，以此保证铁心能够与永磁电机相饱和，一旦模型出现问题，必须及时进行修整。

    4 结束语

    随着我国经济水平与科技水平的不断增长，永磁材料的广泛使用，均能够提升永磁材料的性能，相关人员在进行永磁电机设计的过程中，需要充分利用永磁体的磁性，合理安排磁路，优化路径，减少漏磁现象的出现，以保证能够具有针对性的设计永磁磁路，提升永磁电机的性能和质量。

    参考文献：

    [1]王霖.浅谈稀土永磁同步电动机的优化设计[J].科技创新与应用， 2016（10）：90.

    [2]刘全新，刘加岭，杜传明等.浅谈大扭矩永磁同步电机在工程中的应用[J].山东工业技术，2016（02）：115.

    [3]缪晓宾.便携式小型风力发电机的结构优化设计方法浅谈[J]. 科技风，2017（16）：220.