周虎

摘要：永磁電機的設計與應用是電機領(lǐng)域的前沿課題。本文從電磁場基本理論出發(fā)，采用解析的方法對表面磁鋼永磁無刷電機的氣隙磁場進行了系統(tǒng)的研究。全文的主要介紹表面磁鋼永磁無刷電機的空載磁場數(shù)學模型的建立。為分析這種電機的工作特性提供了可靠的依據(jù)。在表面磁鋼永磁無刷電機的應用越來越多的時代背景之下，結(jié)合計算機的使用，本文為這種電機的設計和優(yōu)化，控制策略的選取提供了有力的工具。

關(guān)鍵詞：表面磁鋼永磁電機;氣隙磁場;解析法;空載

一、永磁電機的發(fā)展

永磁無刷直流電動機既具備直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好，也具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠的特點。所以永磁無刷直流電動機的應用越來越多。由于永磁是有許多好處的。在電機中用永利用磁材料從而取代勵磁繞組。是一個將要發(fā)展的趨向?，F(xiàn)代永磁電機是通過稀土永磁來進行勵磁。電機的體積不僅減小，維修起來也很方便，運行可靠，提高效率，和同容量的異步電機比較的話電機效率提高。對于現(xiàn)在的電機而言，電機以磁介質(zhì)中的機械能和電能轉(zhuǎn)換裝置。

二、稀土永磁電動機的優(yōu)點

在稀土永磁材料NdFeB磁鋼中，它具有很高的磁能積，利用很少的永磁磁鋼就可以產(chǎn)生出足夠的能積，所以電機的體積、尺寸等方面就可以大為減少，這樣便成功的成為高效率、高密度電機。采用NdFeB的永磁電動機，在電機的轉(zhuǎn)子上是不需要電勵磁裝置的，這樣也可以簡化結(jié)構(gòu)，提高了電機的穩(wěn)定性。電機的效率表示電機在運行時做的有功功率的利用率;功率因數(shù)表示的是電動機運行時做的無功功率的利用率。效率X功率因數(shù)=電動機在能量轉(zhuǎn)換中的有效性，這些標準是衡量一個電機的指標，因為永磁同步電機用永磁體取代了傳統(tǒng)上用勵磁繞組的磁場，所以是沒有損耗的，并且沒有滯后勵磁電流，節(jié)約了能源，并且提高了功率因數(shù)。傳統(tǒng)上的電機作比較，這些永磁電機的結(jié)構(gòu)都很簡單，在運轉(zhuǎn)方面也很穩(wěn)定，耗能小，效率高，所以它的使用越來越廣泛。

三、 高效永磁電動機的現(xiàn)狀與發(fā)展

因為我國的能源很緊張，在世界范圍內(nèi)，都是一個重大的問題，所以在生產(chǎn)中提高效率變的非常重要，在這個能源缺乏的階段，能夠出現(xiàn)一種優(yōu)化電機變的必不可少。所以，高效永磁電動機的使用就變得非常重要，根據(jù)IEC指定的標準來看，它是相當符合的，經(jīng)過優(yōu)化的設計，可以達到IE4的標準。所以對我國以及世界來說，改善整個系統(tǒng)，利用科技研發(fā)新型電機對節(jié)能有更大幫助。因為我國現(xiàn)在處在發(fā)展階段，從這方面來分析，要求現(xiàn)在的電機要有“細”，“深”，“好”的提高。使得電機的電磁場分析，研究已成為一個重要內(nèi)容。從氣隙磁場耦合到定子和轉(zhuǎn)子磁場我們都進行優(yōu)化。當電動機的氣隙磁場工作時，電樞繞組會有感應電動勢，該轉(zhuǎn)子將電磁力的作用下，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。

四、表面磁鋼永磁無刷電動機的分析

電機的控制，是控制器進行工作的，以電力電子功率變換器的致動器的電傳動控制系統(tǒng)。因為電機發(fā)展的越來越成熟，它的理論成果也很豐富，利用數(shù)字脈沖寬度來進行調(diào)制，又有許多新材料的使用，微電子技術(shù)，伺服系統(tǒng)從步進伺服直流伺服系統(tǒng)，并對永磁無刷直流電機伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷程，已成為主流方向。電機的轉(zhuǎn)子是永磁材料擔當，進而產(chǎn)生氣隙磁通，定子充當電樞，直流電動機的電刷是被轉(zhuǎn)子。

1、表面磁鋼永磁無刷電機氣隙磁場解析法

分離變量法的理論

基礎之一是線性疊加原理，故其只能解決線性定解問題。在用分離變量法的過程中多次應用疊加原理，不僅方程的解是所有特解的線性疊加，而且處理非齊次方程泛定方程問題時，把方程條件也視為幾種類型疊加的結(jié)果，從而將其“分解”。對于線性疊加原理，其物理表述為：“幾個物理量共同作用產(chǎn)生的結(jié)果，等效于各個物理量單獨作用時各自產(chǎn)生效果的總和”。分離變量法的理論基礎之二是本征函數(shù)系的正交完備性。只有本征函數(shù)系是正交完備的，才能將平方可積的初始條件按本征函數(shù)展開傅氏級數(shù)。

2、表面磁鋼永磁無刷電機空載磁場

如果要準確計算永磁電機的參數(shù)以及性能的話，很重要的前提就是能夠獲得正確的磁場分布然后對電磁場進行分析，進而取代了傳統(tǒng)磁路的計算，然后實現(xiàn)所要完成的工作。是否正確完整的提出具體問題及其數(shù)學模型的關(guān)鍵是我能夠?qū)﹄姶艌鲞M行正確的分析。通過分析磁場永磁電機，從而建立正確的永磁電機的數(shù)學模型。對永磁電機進行解析、分析要用到幾種處理方法，對他們進行分類，主要有傅立葉級數(shù)法，等效磁荷法，以及等效電流法。使用傅立葉級數(shù)法來對內(nèi)容進行分析主要包括直角坐標系、極坐標系著兩種模型。

結(jié)論：

永磁電機是電機領(lǐng)域的前沿項目。我的論文通過對基本理論的學習，利用表面磁鋼永磁無刷電機氣隙磁場解析法分析的基本理論，通過分離變量法來對表面磁鋼永磁無刷電機的氣隙磁場進行解析。它有很多的特點，不需要電勵磁的線圈，通過使用表面磁鋼，讓電機的等效氣隙變大。一般情況下，氣隙的磁場就由永磁體產(chǎn)生的磁場和電樞反應磁場兩部分疊加而成通過對表面磁鋼永磁無刷電機的空載磁場數(shù)學模型的建立和解析解的推導，更加直觀的了解永磁電機的運轉(zhuǎn)性質(zhì)，磁場的模型也會給我們提供一個很真實的模擬磁場線路，永磁電機作為稀土永磁材料的使用器件，對其進行研究和推廣工作，具有十分現(xiàn)實的改進粗放發(fā)展模式的意義，又有良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 丁曄，章躍進.永磁無刷電機空載氣隙磁場差分解析結(jié)合法研究[A].第十一屆中國小電機技術(shù)研討會論文集，2006： 4-7.

[2] 陳穎，黃守道，張鐵軍.稀土永磁無刷直流電動機的設計研究[A].第十屆中國小電機技術(shù)研討會論文集，2005： 7-5.

[3] 章躍進，薛波，丁曄.面裝式永磁無刷電機電樞反應磁場半解析法分析[A].第十二屆中國小電機技術(shù)研討會論文集，2007： 12-14.