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摘要：通过径向结构的分析和设计的永磁电机余弦反比气隙磁场，和低速高扭矩交流永磁同步电动机的性能得到了改进，以提高交流永磁电机的性能。定量地讨论了电机气隙的机械结构机理设计。
关键词：交流永磁电机；气隙；极弧电角度；余弦
前言：
在中低容量、高精度传输领域，永磁同步电机被广泛应用，可通过在转子中添加永磁来产生磁场。由于永磁材料的固有特性，它以前被磁化，以便在没有更多外部能量的情况下在其周围的空间中产生磁场。这简化了发动机的构造，同时节省了能源。永磁同步电机与现代电力电子相结合，实现了高精度、高动态性能和广泛的速度控制和定位控制。
1 慨况
交流永磁同步电机广泛应用于机电一体化设备的制造，特别是在交流永磁同步电机的伺服领域。降低低速转矩波动是交流永磁同步电机最重要的技术发展方向。理论分析表明，齿谐波转矩和转矩波动造成发动机低速扭矩和强劲的性能限制/直流永磁同步电机在低速和性能，因此交流/直流永磁同步电机高速而言，速度控制精度。交流永磁同步电机在低速、高扭矩下的性能改进可分为两个不同的技术方向。第一种方法是通过优化空气间隙的磁场波形，根据发动机壳体的设计，消除或减少槽内的扭矩，从而降低定位扭矩。改进感应电动势的波形和降低谐波扭矩是本文的主要主题。
2 永磁式同步电机的特点及其分类
（1）永磁同步电机简单、小、轻、损耗低、效率高；与直流电机相比，它没有直流电机的开关和刷等缺点。与异步电机相比，效率高，功率因数高，惯性矩比高，定子电流和电阻损耗小，转子参数可测量，控制好；但与异步电机相比，它也有成本高、启动困难等缺点。与传统的同步电机相比，永磁同步电机消除了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统具有较高的精度、较高的动态性能和广泛的速度控制和定位控制。
（2）近年来，随着在永磁材料性能和增加特别是钦硼铁永磁热稳定性和改善耐蚀性和逐步减少电价和电子产品逐渐成熟，永磁电机的研究和发展经验，推广和应用永磁发动机的研究成果，如国防、工业生产和日益广泛的日常生活。超功率（高速、高扭矩）、超功能和小型化方面的发展。目前，稀土永磁电机具有个人能力超过1万千瓦，最高时速大于3 00.0 0 0 r/m i n，低于最低时速0.0l r/m i n和发动机最小外径仅0.5mm，长度1.2mm。（3）中国是一个永磁材料丰富的国家，特别是稀土永磁材料，中国的铁硼资源非常丰富。稀土矿储量大约是世界其他国家总和的四倍。稀土永磁材料和稀土永磁电机均达到国际先进水平。因此，永磁同步电机在我国具有良好的应用前景。财富，充分发挥优势，在我国的稀土资源和努力探索和推广应用所代表的所有永磁电机的稀土永磁电机具有重大的理论意义和高度的实用价值，为我国实现社会主义现代化。（4）永磁同步电机转子磁钢的几何形状允许将转子磁场的空间分布分为正弦波和梯形波。因此，当转子旋转时，定子上也有两种形式的反电动势波：一种是正弦波；另一个是正弦波。另一个是梯形波。由此可见差异的原则、模式和控制之间的同步电动机两种类型：巡航控制系统来区分在交流电的永磁同步电动机所组成的系统，人们经常谈论的正弦波同步电动机的转速调节复合；由具有永磁体的梯形同步电机（方波）组成的调速系统，在原理和控制方式上与直流电机相似；因此，它被称为无刷直流电机（BLDCM）的速度控制系统。（5）永磁同步电机的工作特性、控制系统等因转子磁电路结构的不同而不同。根据永磁体在转子上的位置，永磁同步电机可分为两大类：表面电机和集成电机。对于带有永磁体表面的同步电机，其中永磁体通常是瓷砖形状，位于转子核心的外表面，这些电机的重要特点是直线和交变轴的主电感是相等的；集成永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体的外表面与定子芯内圆之间放置极性铁磁靴，保护永磁体。这种永磁电机的一个重要特点是直线和横轴的主电感不均匀。因此，这两个电机的性能是不同的。
3 PMSM与异步电机及BLDC竹矢量控制系统的比较
永磁同步电动机与无刷直流电动机有很多相似之处，转子有一个永磁极，定子电枢需要交流电流产生恒转矩。为了产生恒转矩，定子电流需要永磁同步电机的对称正弦波电流和无刷直流电动机的方波电流。永磁同步电机和无刷直流电动机的比较如附表所示。电磁由于惯性，直流无刷电动机的稳态电流，事实上，是一个梯形波，它也不可能产生方波电流和集中式绕组供电，直流电机无刷力矩脉动的最重要的永磁同步电动机。永磁同步电机在高精度伺服电机领域具有较强的竞争力。相比之下，永磁同步电机产生的转矩比无刷直流电动机要小。要驱动相同容量的电动机，永磁同步电动机需要大容量的变换器和正弦控制电流，开关损耗要大得多。对于无刷直流电动机，定子电流为方波，每相夹角为1200，再夹角为600。对于每个电气角度为6 0 0的开关，状态发生变化，使得无刷直流电机转子位置传感器在每个电气角度为6 0 0时只能产生一个脉冲。永磁同步电动机的定子电流为正弦波，定子电流的瞬时值取决于转子的瞬时位置，因此必须对转子的位置进行连续监测。永磁同步电动机的横向电抗和线性电抗随磁路饱和度的变化而变化，从而影响输出转矩的磁阻分量。
4 余弦反比气隙磁场的交流永磁同步电机
4.1 原理设计
气隙问题。转子和固定器之间的空气间隙是发动机传递的能量的一部分，在传统发动机中是均匀的。为了获得良好的工作性能，永磁励磁电位的理想波形是无谐波正弦电位。潜力为正弦或发动机潜能，减少谐波通常均匀气隙，一个时髦的流道结构或音箱之类的制造工艺，但机械结构的非线性特性，或者出于多方面的均匀气隙允许谐波电磁永磁电机没有非正弦。
4.2 气隙结构机理分析
为了从根本上克服传统发动机定子和转子之间的气隙电位引起的谐波，定子和转子之间的径向气隙的长度与一定范围内的电弧极角成反比，并嵌入永磁体。当堆芯不饱和时，气隙的流动密度增加，使余弦变化近似，并在接近正弦变化的空载条件下获得最佳电位。如果定子在外面，转子在里面，电机就在里面。gmin是磁极中心线的气隙长度为。若离开该点θ是机械极弧角，p是电机的极对数，pθ是极弧角的电角度，则该点的气隙长度g（pθ）可由下式确定：
当
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时
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（1）当
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时o
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（2）当
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时
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（3）当
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时，气隙
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呈周期性变化，即
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（4）式中k为任意整数。
4.3 气隙结构设计
永磁电机的结构如图1所示，永磁电机的径向气隙长度随电弧电弧角的余弦反比而变化。1为定子，包括定子芯和电枢绕组；2为气隙；3为转子，包括转子芯和浸渍永磁的磁钢。定子芯冲头与普通交流定子芯冲头处于相位同样，它由硅钢片和两个同心环组成。均匀分布的凹槽用于插入线圈，如图2所示。转子冲压的周长由不同的曲线段完成，如图3所示。图3显示了四极的情况，其周长分为8部分，其中4部分与定子弧形成一个气隙。每个点的气隙长度可以根据图4确定。
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图1 电机结构示意图
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图2 定子冲片
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图3 转子冲片
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图4 气隙尺寸示意图
针对交流永磁电机的技术缺陷，提出了一种永磁电机结构，该结构能够从机构获得正弦电位，不需要考虑绕组形状来降低谐波。固定转子与转子之间的径向间隙长度应确定极性电弧角的范围随电弧角的余弦反向变化，并对永磁体进行积分。在堆芯不饱和的情况下，气隙中的磁通密度可能接近余弦的变化，因此在正弦变化附近的真空电位。
参考文献：
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