周虎

摘要：永磁电机的设计与应用是电机领域的前沿课题。本文从电磁场基本理论出发，采用解析的方法对表面磁钢永磁无刷电机的气隙磁场进行了系统的研究。全文的主要介绍表面磁钢永磁无刷电机的空载磁场数学模型的建立。为分析这种电机的工作特性提供了可靠的依据。在表面磁钢永磁无刷电机的应用越来越多的时代背景之下，结合计算机的使用，本文为这种电机的设计和优化，控制策略的选取提供了有力的工具。

关键词：表面磁钢永磁电机;气隙磁场;解析法;空载

一、永磁电机的发展

永磁无刷直流电动机既具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好，也具有交流电动机的结构简单、运行可靠的特点。所以永磁无刷直流电动机的应用越来越多。由于永磁是有许多好处的。在电机中用永利用磁材料从而取代励磁绕组。是一个将要发展的趋向。现代永磁电机是通过稀土永磁来进行励磁。电机的体积不仅减小，维修起来也很方便，运行可靠，提高效率，和同容量的异步电机比较的话电机效率提高。对于现在的电机而言，电机以磁介质中的机械能和电能转换装置。

二、稀土永磁电动机的优点

在稀土永磁材料NdFeB磁钢中，它具有很高的磁能积，利用很少的永磁磁钢就可以产生出足够的能积，所以电机的体积、尺寸等方面就可以大为减少，这样便成功的成为高效率、高密度电机。采用NdFeB的永磁电动机，在电机的转子上是不需要电励磁装置的，这样也可以简化结构，提高了电机的稳定性。电机的效率表示电机在运行时做的有功功率的利用率;功率因数表示的是电动机运行时做的无功功率的利用率。效率X功率因数=电动机在能量转换中的有效性，这些标准是衡量一个电机的指标，因为永磁同步电机用永磁体取代了传统上用励磁绕组的磁场，所以是没有损耗的，并且没有滞后励磁电流，节约了能源，并且提高了功率因数。传统上的电机作比较，这些永磁电机的结构都很简单，在运转方面也很稳定，耗能小，效率高，所以它的使用越来越广泛。

三、高效永磁电动机的现状与发展

因為我国的能源很紧张，在世界范围内，都是一个重大的问题，所以在生产中提高效率变的非常重要，在这个能源缺乏的阶段，能够出现一种优化电机变的必不可少。所以，高效永磁电动机的使用就变得非常重要，根据IEC指定的标准来看，它是相当符合的，经过优化的设计，可以达到IE4的标准。所以对我国以及世界来说，改善整个系统，利用科技研发新型电机对节能有更大帮助。因为我国现在处在发展阶段，从这方面来分析，要求现在的电机要有“细”，“深”，“好”的提高。使得电机的电磁场分析，研究已成为一个重要内容。从气隙磁场耦合到定子和转子磁场我们都进行优化。当电动机的气隙磁场工作时，电枢绕组会有感应电动势，该转子将电磁力的作用下，实现机电能量转换。

四、表面磁钢永磁无刷电动机的分析

电机的控制，是控制器进行工作的，以电力电子功率变换器的致动器的电传动控制系统。因为电机发展的越来越成熟，它的理论成果也很丰富，利用数字脉冲宽度来进行调制，又有许多新材料的使用，微电子技术，伺服系统从步进伺服直流伺服系统，并对永磁无刷直流电机伺服系统的发展历程，已成为主流方向。电机的转子是永磁材料担当，进而产生气隙磁通，定子充当电枢，直流电动机的电刷是被转子。

1、表面磁钢永磁无刷电机气隙磁场解析法

分离变量法的理论

基础之一是线性叠加原理，故其只能解决线性定解问题。在用分离变量法的过程中多次应用叠加原理，不仅方程的解是所有特解的线性叠加，而且处理非齐次方程泛定方程问题时，把方程条件也视为几种类型叠加的结果，从而将其“分解”。对于线性叠加原理，其物理表述为：“几个物理量共同作用产生的结果，等效于各个物理量单独作用时各自产生效果的总和”。分离变量法的理论基础之二是本征函数系的正交完备性。只有本征函数系是正交完备的，才能将平方可积的初始条件按本征函数展开傅氏级数。

2、表面磁钢永磁无刷电机空载磁场

如果要准确计算永磁电机的参数以及性能的话，很重要的前提就是能够获得正确的磁场分布然后对电磁场进行分析，进而取代了传统磁路的计算，然后实现所要完成的工作。是否正确完整的提出具体问题及其数学模型的关键是我能够对电磁场进行正确的分析。通过分析磁场永磁电机，从而建立正确的永磁电机的数学模型。对永磁电机进行解析、分析要用到几种处理方法，对他们进行分类，主要有傅立叶级数法，等效磁荷法，以及等效电流法。使用傅立叶级数法来对内容进行分析主要包括直角坐标系、极坐标系着两种模型。

五、结论

永磁电机是电机领域的前沿项目。我的论文通过对基本理论的学习，利用表面磁钢永磁无刷电机气隙磁场解析法分析的基本理论，通过分离变量法来对表面磁钢永磁无刷电机的气隙磁场进行解析。它有很多的特点，不需要电励磁的线圈，通过使用表面磁钢，让电机的等效气隙变大。一般情况下，气隙的磁场就由永磁体产生的磁场和电枢反应磁场两部分叠加而成通过对表面磁钢永磁无刷电机的空载磁场数学模型的建立和解析解的推导，更加直观的了解永磁电机的运转性质，磁场的模型也会给我们提供一个很真实的模拟磁场线路，永磁电机作为稀土永磁材料的使用器件，对其进行研究和推广工作，具有十分现实的改进粗放发展模式的意义，又有良好的经济效益。

参考文献：

[1]丁晔，章跃进.永磁无刷电机空载气隙磁场差分解析结合法研究[A].第十一届中国小电机技术研讨会论文集，2006： 4-7.

[2]陈颖，黄守道，张铁军.稀土永磁无刷直流电动机的设计研究[A].第十届中国小电机技术研讨会论文集，2005： 7-5.

[3]章跃进，薛波，丁晔.面装式永磁无刷电机电枢反应磁场半解析法分析[A].第十二届中国小电机技术研讨会论文集，2007： 12-14.

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