永磁電機(jī)的案例
關(guān)于永磁同步電機(jī)的10個(gè)知識(shí) 附永磁同步電機(jī)三個(gè)關(guān)聯(lián)參數(shù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt、反電勢(shì)系數(shù)Ke、磁鏈Phi之間
采用永磁同步電機(jī)因其自身結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，集曳引電機(jī)、曳引輪、電磁制動(dòng)器、光電編碼器于一身，易于安裝，便于使用，使得其在行業(yè)內(nèi)近十年來(lái)大展身手、普遍開(kāi)來(lái)。特別是在無(wú)機(jī)房電梯的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，將永磁同步曳引電機(jī)安裝在電梯的井道里，既節(jié)約了機(jī)房的建造成本，又美化了建筑物外觀(guān)。當(dāng)電梯負(fù)載變化時(shí)，永磁同步電機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)夾角來(lái)適應(yīng)，其響應(yīng)速度很快。
為了使電梯有良好的起、制動(dòng)舒適性和平層準(zhǔn)確度，在系統(tǒng)中加入了準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置裝置和電壓電流檢測(cè)裝置，隨時(shí)確定電機(jī)磁場(chǎng)的大小、方向。位置檢測(cè)裝置采用轉(zhuǎn)子位置傳感器（光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等）。轎廂負(fù)載檢測(cè)裝置可采用位置型、壓力型等多種形式，對(duì)電梯負(fù)載進(jìn)行預(yù)先測(cè)量并計(jì)算，給出恰當(dāng)方向和大小的力矩，可輸出開(kāi)關(guān)量、模擬量（電壓）和頻率量（高頻抗干擾性強(qiáng)，能遠(yuǎn)距離傳送）等。
永磁同步電機(jī)，準(zhǔn)確的講，應(yīng)該叫異步起動(dòng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的永磁電機(jī)。這種電機(jī)，使用中可以同尺寸代替原來(lái)的Y,Y2,Y3等電機(jī)。減少了更換過(guò)程的麻煩。與普通電機(jī)相比，永磁電機(jī)有其自己的特點(diǎn)：
1、轉(zhuǎn)速恒定，為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速較普通電機(jī)稍高，比如普通電機(jī)4極轉(zhuǎn)速為1400n/min多轉(zhuǎn)，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速就是1500n/min，丟轉(zhuǎn)少。
2、功率因數(shù)高。永磁電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一致，轉(zhuǎn)子磁極采用永磁磁鋼，沒(méi)有電流，定子上感應(yīng)電流減小，因此功率因數(shù)高。可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可使其工作在滯后功率因數(shù)、單位功率因數(shù)和超前功率因數(shù)。一般滯后功率因數(shù)都可以達(dá)到和超過(guò)0.95，大量使用永磁電機(jī)，可以省去無(wú)功功率補(bǔ)償器等設(shè)備。
3、效率高，特別是運(yùn)行效率高。永磁電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子磁極采用永磁體--釹鐵硼磁鋼，靠永磁體的磁場(chǎng)就可以保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子也就沒(méi)有繞組損耗。轉(zhuǎn)子鐵耗也沒(méi)有，因此效率較普通電機(jī)高的多。
展開(kāi) 干貨·詳解永磁電機(jī)
永磁電機(jī)什么是？
永磁電機(jī)采用永磁體生成電機(jī)的磁場(chǎng)，無(wú)需勵(lì)磁線(xiàn)圈也無(wú)需勵(lì)磁電流，效率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是很好的節(jié)能電機(jī)，隨著高性能永磁材料的問(wèn)世和控制技術(shù)的迅速發(fā)展．永磁電機(jī)的應(yīng)用將會(huì)變得更為廣泛。
01
永磁電機(jī)的發(fā)展歷史
永磁電機(jī)的發(fā)展同永磁材料的發(fā)展密切相關(guān)。我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)永磁材料的磁特性并把它應(yīng)用于實(shí)踐的國(guó)家，兩千多年前，我國(guó)利用永磁材料的磁特性制成了指南針，在航海、軍事等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，成為我國(guó)古代四大發(fā)明之一。
19世紀(jì)20年代出現(xiàn)的世界上第一臺(tái)電機(jī)就是由永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)的永磁電機(jī)。但當(dāng)時(shí)所用的永磁材料是天然磁鐵礦石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的電機(jī)體積龐大，不久被電勵(lì)磁電機(jī)所取代。
隨著各種電機(jī)迅速發(fā)展的需要和電流充磁器的發(fā)明，人們對(duì)永磁材料的機(jī)理、構(gòu)成和制造技術(shù)進(jìn)行了深入研究，相繼發(fā)現(xiàn)了碳鋼、鎢鋼（最大磁能積約2.7 kJ/m3）、鈷鋼（最大磁能積約7.2 kJ/m3）等多種永磁材料。特別是20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的鋁鎳鈷永磁（最大磁能積可達(dá)85 kJ/m3）和50年代出現(xiàn)的鐵氧體永磁（最大磁能積現(xiàn)可達(dá)40 kJ/m3），磁性能有了很大提高，各種微型和小型電機(jī)又紛紛使用永磁體勵(lì)磁。永磁電機(jī)的功率小至數(shù)毫瓦，大至幾十千瓦，在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)量急劇增加。相應(yīng)地，這段時(shí)期在永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、充磁和制造技術(shù)等方面也都取得了突破性進(jìn)展，形成了以永磁體工作圖圖解法為代表的一套分析研究方法。但是，鋁鎳鈷永磁的矯頑力偏低（36～160 kA/m），鐵氧體永磁的剩磁密度不高（0.2～0.44 T），限制了它們?cè)?em>電機(jī)中的應(yīng)用范圍。
展開(kāi) 磁鋼的形狀和公差對(duì)永磁電機(jī)性能的影響有哪些？
為什么現(xiàn)在這么多的人選擇去使用永磁電機(jī)，正是因?yàn)樗墓?jié)能，可以達(dá)到20%左右，但是永磁電機(jī)自學(xué)習(xí)的一些內(nèi)容你了解過(guò)么，今天就由小編為大家降價(jià)以下關(guān)于永磁電機(jī)自學(xué)習(xí)之磁鋼的幾何形狀和公差對(duì)電機(jī)磁鋼寬度的影響，希望對(duì)你有所幫助哦。
一、磁鋼厚度的影響：
在內(nèi)或外磁路圈固定的情況下，當(dāng)厚度增加時(shí)氣隙減小，有效磁通增加，明顯的表現(xiàn)是同樣的剩磁下空載轉(zhuǎn)速降低，空載電流減小，永磁電機(jī)的最大效率提高。但是，也有不利的方面，如永磁電機(jī)的換向振動(dòng)增加，永磁電機(jī)的效率曲線(xiàn)相對(duì)變陡。因此，永磁電機(jī)磁鋼的厚度應(yīng)當(dāng)盡可能的一致，減小振動(dòng)；
二、磁鋼寬度的影響：
對(duì)于密排分布的無(wú)刷電機(jī)磁鋼，總的累計(jì)間隙不能超過(guò)0.5毫米，過(guò)小會(huì)無(wú)法安裝，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致永磁電機(jī)振動(dòng)和效率降低，這是因?yàn)闇y(cè)量磁鋼位置的霍爾元件的位置和磁鋼的實(shí)際位置不對(duì)應(yīng)，而且必須保證寬度的一致性，否則永磁電機(jī)的效率低、振動(dòng)大；對(duì)于有刷電機(jī)，磁鋼之間都有一定的間隙，是留給機(jī)械換向過(guò)渡區(qū)的。
雖然留有間隙，但大多廠(chǎng)家為了保證永磁電機(jī)磁鋼的安裝位置準(zhǔn)確，都有嚴(yán)格的磁鋼安裝工序來(lái)保證安裝精度。如果磁鋼的寬度超出，會(huì)無(wú)法安裝；如果磁鋼寬度過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致磁鋼定位失準(zhǔn)，永磁電機(jī)的振動(dòng)增加、效率降低。
三、磁鋼倒角大小和不倒角的影響：
如果不倒角，則永磁電機(jī)的磁場(chǎng)邊沿的磁場(chǎng)變化率大，造成永磁電機(jī)的脈震，倒角越大，振動(dòng)越小。
但是倒角一般對(duì)磁通有一定的損失，對(duì)于有些規(guī)格倒角到0.8時(shí)磁通損失0.5~1.5%。對(duì)于有刷電機(jī)剩磁偏低時(shí)，適當(dāng)減小倒角大小，有利于補(bǔ)償剩磁，但永磁電機(jī)的脈震增加。一般而言，剩磁偏低的時(shí)候，可以適當(dāng)放大長(zhǎng)度方向的公差，這樣可以在一定程度上提高有效磁通，使永磁電機(jī)的性能基本不變化。
展開(kāi) 盤(pán)式永磁同步電機(jī)的概述
（轉(zhuǎn)）
盤(pán)式永磁電機(jī)也稱(chēng)為軸向磁場(chǎng)永磁電機(jī)（AFPM），相對(duì)于常規(guī)徑向永磁電機(jī)，其氣隙為平面型、氣隙磁場(chǎng)呈軸向分布、載流導(dǎo)體呈盤(pán)式徑向分布，具有軸向尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高，在電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電和電力傳動(dòng)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，由于市場(chǎng)需求增加，電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電及電梯驅(qū)動(dòng)等行業(yè)的迅速發(fā)展，很多場(chǎng)合需要高效率、能低速平穩(wěn)運(yùn)行的電機(jī)。因此，盤(pán)式永磁電機(jī)得到了迅速的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)分類(lèi)，如圖 1 所示。盤(pán)式永磁電機(jī)按反電勢(shì)波形可以分為：正弦波電機(jī)和梯形波電機(jī)；按定轉(zhuǎn)子數(shù)目來(lái)分類(lèi)，主要有以下四類(lèi)：?jiǎn)味ㄗ訂无D(zhuǎn)子、單定子雙轉(zhuǎn)子、雙定子單轉(zhuǎn)子、多級(jí)定轉(zhuǎn)子。
近年來(lái)，由于市場(chǎng)需求增加，電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電及電梯驅(qū)動(dòng)等行業(yè)的迅速發(fā)展，很多場(chǎng)合需要高效率、能低速平穩(wěn)運(yùn)行的電機(jī)。因此，盤(pán)式永磁電機(jī)得到了迅速的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)分類(lèi)，如圖 1 所示。盤(pán)式永磁電機(jī)按反電勢(shì)波形可以分為：正弦波電機(jī)和梯形波電機(jī)；按定轉(zhuǎn)子數(shù)目來(lái)分類(lèi)，主要有以下四類(lèi)：?jiǎn)味ㄗ訂无D(zhuǎn)子、單定子雙轉(zhuǎn)子、雙定子單轉(zhuǎn)子、多級(jí)定轉(zhuǎn)子。
盤(pán)式永磁電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀
當(dāng)前，盤(pán)式永磁電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用及發(fā)展方向，主要集中在以下幾個(gè)方面：
1、 風(fēng)力發(fā)電。
風(fēng)能是目前利用率較高的可再生能源之一，在風(fēng)能資源豐富的中國(guó)得到了廣泛的開(kāi)發(fā)利用，而風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也相應(yīng)地得到了業(yè)界的高度重視，具有良好的發(fā)展前景。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，盤(pán)式永磁電機(jī)可作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其軸向平行安裝方式能夠使得風(fēng)機(jī)擁有較大的外徑，可實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。此外，盤(pán)式永磁電機(jī)還可代替有刷變速恒頻電機(jī)或者恒速恒頻電機(jī)更好地利用資源。。
2、 電動(dòng)車(chē)輛
在全球能源短缺的時(shí)期，新能源車(chē)輛，包括混合動(dòng)力車(chē)輛、純電動(dòng)車(chē)輛和燃料電池車(chē)輛已引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注與研究。
展開(kāi) 
不同槽極數(shù)配合的永磁電機(jī)噪聲特性分析
分析結(jié)果揭示了 3 種槽極數(shù)配合對(duì)永磁電機(jī)噪聲水平的影響以及不同槽極數(shù)配合電機(jī)電磁噪聲的抑制方法。
【關(guān)鍵詞】
永磁電機(jī); 噪聲; 槽極數(shù)配合; 電磁力; 模態(tài)
在國(guó)家新能源汽車(chē)政策的大力扶持下，近年來(lái)新能源汽車(chē)得到了極大的普及與發(fā)展。永磁同步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度大調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)， 在新能源汽車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，新能源汽車(chē)的駕乘感受和永磁同步電機(jī)的振動(dòng)噪聲性能受到越來(lái)越多的關(guān)注。
永磁電機(jī)的主要電磁噪聲源來(lái)自于作用在氣隙中的徑向電磁力波。合理的槽極數(shù)配合可以減少磁動(dòng)勢(shì)諧波和氣隙磁密諧波，是抑制電磁噪聲的重要手段。文獻(xiàn)《基于階次分析的永磁同步電機(jī)噪聲源識(shí)別》通過(guò)麥克斯韋應(yīng)力張量法推導(dǎo)了理想條件下作用于定子內(nèi)表面的徑向力的頻率階次，基于有限元法對(duì)電機(jī)的約束模態(tài)進(jìn)行了分析，進(jìn)而對(duì)永磁電機(jī)的噪聲源進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
展開(kāi) 大型永磁電機(jī)試驗(yàn)鐵底座：如何 “穩(wěn)” 住測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的 “大場(chǎng)面”？
大型永磁電機(jī)試驗(yàn)鐵底座須經(jīng)過(guò)人工時(shí)效或自然時(shí)效處理，去掉鑄造與加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，避免后期使用中慢慢變形。同時(shí)，臺(tái)面經(jīng)過(guò)打磨或刮研，保證平面度與平行度，讓電機(jī)安裝更貼合、受力更均衡，從細(xì)節(jié)上提升穩(wěn)定性。
安裝與調(diào)平，是穩(wěn)住大場(chǎng)面的后一步。再好的底座，安裝不到位也會(huì)影響效果。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，要保證地面基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)，使用調(diào)整墊鐵進(jìn)行精細(xì)調(diào)平，確保每個(gè)支點(diǎn)受力均勻；固定螺栓鎖緊力度適中，避免局部壓力過(guò)大。使用過(guò)程中定期檢查水平狀態(tài)和緊固情況，做到早發(fā)現(xiàn)、早調(diào)整，讓大型永磁電機(jī)始終在穩(wěn)定環(huán)境中運(yùn)行。
對(duì)于從事新能源、裝備制造、電機(jī)研發(fā)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，大型永磁電機(jī)試驗(yàn)屬于高投入、高要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，任何不穩(wěn)定因素都可能造成損失。選擇大型永磁電機(jī)試驗(yàn)鐵底座，就是為測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)上一道 “穩(wěn)定保險(xiǎn)”。它以強(qiáng)剛性、高穩(wěn)定性、抗振耐用的特點(diǎn)，穩(wěn)穩(wěn)托舉大功率設(shè)備，守住數(shù)據(jù)精度，守住現(xiàn)場(chǎng)安全。
總而言之，面對(duì)大型永磁電機(jī)這種測(cè)試 “大場(chǎng)面”，只有選對(duì)試驗(yàn)鐵底座，從材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工藝、安裝把控，才能真正做到穩(wěn)臺(tái)面、穩(wěn)振動(dòng)、穩(wěn)數(shù)據(jù)、穩(wěn)安全。在越來(lái)越注重測(cè)試質(zhì)量與設(shè)備可靠性的今天，一款靠譜的大型永磁電機(jī)試驗(yàn)鐵底座，就是提升測(cè)試效率、保障研發(fā)生產(chǎn)的硬核支撐。
展開(kāi) 混合式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)研究
本文以一臺(tái)實(shí)際使用的電動(dòng)汽車(chē)用52 kW永磁同步電機(jī)為研究目標(biāo)，針對(duì)由鐵氧體和釹鐵硼兩種永磁材料組成的混合式永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)開(kāi)展了相關(guān)研究。采用有限元方法，側(cè)重對(duì)比分析了“U”形、“C”形磁障結(jié)構(gòu)下，不同磁障結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩能力的影響。結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能要求，對(duì)比“C”+“一”、“C”+“V”等形式的磁路結(jié)構(gòu)，得出雙層“C”+“V”形式的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，混合使用鐵氧體和釹鐵硼兩種磁材，可以在基本滿(mǎn)足當(dāng)前汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用要求的情況下，明顯降低電機(jī)成本。
1 磁阻轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)性能的影響分析
通過(guò)電機(jī)學(xué)的原理性分析，可得到永磁同步電機(jī)在d,q,o坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：
Tem=pψfiq+p(Ld-Lq)idiq
(1)
由式(1)可見(jiàn)，永磁同步電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有兩個(gè)分量:第一個(gè)分量是電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)矩Tm，表征了電機(jī)永磁體勵(lì)磁磁鏈所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；第二個(gè)分量為電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩Tr，表征了因電機(jī)交直軸磁路結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
對(duì)于永磁磁阻電機(jī)，增加多層磁障后，電機(jī)交直軸的磁阻將隨之改變，也就是電機(jī)的凸極率隨之改變，進(jìn)而影響電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩占比。需要注意的是當(dāng)交直軸電感的差值改變，而不是單純?cè)黾又陛S電感或者減少交軸電感時(shí)，磁阻轉(zhuǎn)矩值才會(huì)改變。而電機(jī)的功率因數(shù)也將隨著交軸電感與直軸電感比值的增大而增大。
由式(1)的分析還可知，在保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變的情況下，如果通過(guò)改變電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)，來(lái)提升電機(jī)磁阻轉(zhuǎn)矩的比例，可以相應(yīng)地降低永磁轉(zhuǎn)矩的比例，即減少電機(jī)永磁體用量。在保證電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度不變的情況下，減少永磁體用量，提升磁阻轉(zhuǎn)矩在總輸出轉(zhuǎn)矩中的占比，并確保電機(jī)性能及退磁特性滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)使用要求，即為本文研究的目標(biāo)。
圖1展示了永磁磁阻電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 陳虎: 永磁電機(jī)最厲害是能“以一頂三”
外界普遍認(rèn)為，中船重工日前成功研發(fā)出艇用永磁推進(jìn)電機(jī)，最大的幫助是可以為解放軍潛艇降噪，不過(guò)這項(xiàng)說(shuō)法現(xiàn)在被打臉。新華社雜志《世界軍事》總編輯陳虎大校指出，永磁電機(jī)真正的好處有三，一是可降低發(fā)動(dòng)機(jī)的大小與重量，二是可靠度以及低輸出效率的提升，三則是大大降低超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能會(huì)燒毀的機(jī)率。
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陳虎指出，所謂使?jié)撏Ц察o這種說(shuō)法，更多的是媒體和網(wǎng)友們的誤解；的確，以網(wǎng)絡(luò)上的資料來(lái)看，永磁電機(jī)因?yàn)闆](méi)有電流聲可以減少噪音，可是這種聲音對(duì)于潛艇降噪來(lái)說(shuō)，幾乎是可以忽略不計(jì)的，對(duì)潛艇來(lái)說(shuō)，噪音更主要來(lái)自于潛艇內(nèi)部機(jī)械部分的震動(dòng)；勵(lì)磁電機(jī)（傳統(tǒng)電磁鐵的發(fā)電機(jī)）的噪音水平就好像在潛艇當(dāng)中大聲說(shuō)話(huà)一樣，聲音是傳不到艇外的，或著說(shuō)傳到艇外的震動(dòng)可以忽略不計(jì)，所以永磁電機(jī)可以大幅降低潛艇噪音可以說(shuō)是一種誤解。
陳虎表示，永磁電機(jī)真正的好處首先體現(xiàn)在重量和體積的縮小；以一艘可以跑20節(jié)以上的潛艇為例，它的主電機(jī)可能要有7200到7500馬力，也就是說(shuō)用傳統(tǒng)直流電機(jī)的話(huà)，主發(fā)動(dòng)機(jī)的大小大約跟一輛中型巴士差不多大，至于重量則有70到80噸，而采用永磁電機(jī)的話(huà)，重量將會(huì)減輕，體積也會(huì)縮小，顯然會(huì)給潛艇的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多好處。
▼中船重工10月23日宣布，已成功研發(fā)第一臺(tái)艇用永磁推進(jìn)電機(jī)動(dòng)車(chē)。
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陳虎指出，永磁電機(jī)另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于可靠性以及低輸出時(shí)效率的提升；潛艇的電機(jī)，有時(shí)要跑高速，有時(shí)又要跑低速，最佳效率點(diǎn)究竟要設(shè)在哪很難平衡，因此過(guò)去的潛艇可能會(huì)有一臺(tái)高速用，一臺(tái)低速用，甚至還有備用電機(jī)；反觀(guān)永磁電機(jī)，它總體的工作效率提高了，同時(shí)低輸出時(shí)候的效率有極大的改善，這代表潛艇可以考慮取消低速用電機(jī)，而可靠性提升，是不是又代表可以再取消一臺(tái)備用電機(jī)。也就是說(shuō)它一臺(tái)可以頂三臺(tái)用。
另外，永磁電機(jī)還有超負(fù)荷運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)。
展開(kāi) ANSYS新型永磁電機(jī)電磁、振動(dòng)、噪音耦合分析高級(jí)培訓(xùn)班
課程介紹：
電機(jī)的振動(dòng)和噪聲研究十分復(fù)雜，它涉及了電磁、能量轉(zhuǎn)換、機(jī)械振動(dòng)、特殊物理聲學(xué)、電子學(xué)和數(shù)學(xué)等許多學(xué)科。電機(jī)噪聲主要包括電磁噪聲、和機(jī)械噪聲，產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，是電機(jī)研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。
永磁電機(jī)是電機(jī)行業(yè)未來(lái)的一大發(fā)展趨勢(shì)，且隨著新能源汽車(chē)、軌道車(chē)輛、風(fēng)能發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，永磁電機(jī)的功率越來(lái)越大，轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，在實(shí)現(xiàn)功率密度越來(lái)越高的同時(shí)，電機(jī)研發(fā)工程師需要同時(shí)關(guān)注電機(jī)電磁、熱、振動(dòng)、噪聲等多場(chǎng)耦合問(wèn)題。
ANSYS針對(duì)永磁電機(jī)提供了多場(chǎng)耦合的集成化設(shè)計(jì)解決方案， 可以快速實(shí)現(xiàn)電機(jī)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、定制化電機(jī)性能分析、多場(chǎng)耦合分析等，可以對(duì)電機(jī)電磁噪聲問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，使電機(jī)研發(fā)工程師能在電機(jī)設(shè)計(jì)階段評(píng)估和優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，減少由電磁力引起的噪聲超標(biāo)，避免因?yàn)樵肼晢?wèn)題影響產(chǎn)品性能。
本次培訓(xùn)主要針對(duì)工業(yè)電機(jī)中常見(jiàn)的電磁噪聲、機(jī)械振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，為提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)水平，普及ANSYS軟件高級(jí)功能。因此，ANSYS公司特開(kāi)辦“ANSYS新型永磁電機(jī)電磁、振動(dòng)、噪音耦合分析高級(jí)培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書(shū)。
展開(kāi) 干貨 | 永磁電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)分析：材料、損耗、失效、驅(qū)控......
另一方面，高溫環(huán)境下永磁電機(jī)材料的特性變化規(guī)律復(fù)雜，在溫度范圍近 300℃時(shí)，硅鋼片的特性變化明顯，電磁線(xiàn)導(dǎo)電特性變化近3 倍，釤鈷永磁材料特性變化30% ，流體黏度特性變化可能達(dá)到10 倍以上，絕緣材料的導(dǎo)電特性與介電強(qiáng)度特性發(fā)生變化。
耐高溫永磁電機(jī)常采用釤鈷永磁材料，釤鈷Sm2Co17永磁材料工作溫度高達(dá)350℃。
當(dāng)工作溫度更高時(shí)，考慮采用鋁鎳鈷材料，其最高使用溫度可達(dá)520℃，溫度系數(shù)為－0. 2% /℃，但其矯頑力低，通常小于160kA /m，在磁路設(shè)計(jì)時(shí)必須校核其去磁工作點(diǎn)。
目前已研制出的新型稀土永磁材料，如釹鐵氮、釤鐵氮等，其磁粉的最大磁能積可達(dá) 40MGOe，接近釹鐵硼磁粉的 3 倍，而原材料成本是釹鐵硼磁粉的1 /3，但尚處于實(shí)驗(yàn)室研制階段。
硅鋼片的磁化曲線(xiàn)和損耗特性曲線(xiàn)對(duì)電機(jī)的損耗計(jì)算、過(guò)載能力計(jì)算等非常關(guān)鍵; 硅鋼片疊片膠粘劑的熱穩(wěn)定性對(duì)電機(jī)在高溫、高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的安全和穩(wěn)定性有著直接的影響。
展開(kāi) 交流異步電機(jī)與永磁同步電機(jī)有何區(qū)別？
在提及純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到永磁同步電機(jī)或者交流異步電機(jī)的說(shuō)法，并且前者出現(xiàn)的頻率更高。那么，搭載了這兩種不同技術(shù)的電機(jī)到底有什么區(qū)別，又分別擁有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？
目前，市面上的純電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)種類(lèi)共有四種。直流電機(jī)由于其存在諸多缺點(diǎn)已逐漸被淘汰；開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)由于其擁有較高的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲都很大，所以只有在商用車(chē)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。因此，永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)成為了大多數(shù)乘用車(chē)所采用的電機(jī)形式。
首先，我們先來(lái)了解一下純電動(dòng)汽車(chē)的工作原理：電池通過(guò)控制系統(tǒng)向電機(jī)供電,在電機(jī)中將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力并傳給系統(tǒng),然后傳送給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪并使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng),最后通過(guò)與地面間的相互作用產(chǎn)生使汽車(chē)行駛的牽引力。
了解完工作原理后我們直接進(jìn)入今天的主題，同步電機(jī)與異步電機(jī)的最大區(qū)別就在于兩者的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)速度是否與定子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)速度一致，如果一致就叫做同步電機(jī)，如果不一致就叫做異步電機(jī)，具體到性能參數(shù)以及應(yīng)用，兩者有很大的區(qū)別。
永磁同步電機(jī)
永磁同步電機(jī)是由永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步電機(jī)，永磁體作為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相定子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下通過(guò)電樞反應(yīng)，感應(yīng)三相對(duì)稱(chēng)電流。
永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(chǎng)（永磁體），定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“拖著”轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)子的速度一定等于定子的同步速，所以叫做“同步電機(jī)”。定子線(xiàn)圈的磁場(chǎng)會(huì)因?yàn)閿嚯姸В寝D(zhuǎn)子卻是磁性很強(qiáng)的永磁體，磁場(chǎng)并不會(huì)消失，因此稱(chēng)之為——永磁（雖然隨著時(shí)間的流逝磁場(chǎng)會(huì)逐漸消失，但是速度也是很慢的）。
永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。因此，通過(guò)控制電機(jī)的定子繞組輸入電流頻率，電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)速將最終被控制。
展開(kāi) 
混合式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)研究
因此，考慮開(kāi)展混合式永磁磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)，即在永磁磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中，使用鐵氧體永磁體和釹鐵硼稀土永磁體兩種材料，提升電機(jī)永磁轉(zhuǎn)矩比例，進(jìn)而提升永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。同時(shí)，利用鐵氧體與釹鐵硼溫度系數(shù)相反的特性，提高該類(lèi)電機(jī)高溫下的性能，降低退磁風(fēng)險(xiǎn)。
以常見(jiàn)的鐵氧體及釹鐵硼永磁體為例，兩者的性能數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 典型鐵氧體與釹鐵硼永磁體性能對(duì)比
考慮永磁體的加工工藝，鐵氧體永磁材料易加工成弧形結(jié)構(gòu)，而釹鐵硼稀土永磁材料則更適合加工為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。因此，混合式永磁磁阻電機(jī)更適合使用“C”+“V”結(jié)構(gòu)或“C”+“一”結(jié)構(gòu)。本文在所研制電機(jī)的首層磁障中添加釹鐵硼永磁體，為尋求使用最少永磁體，得到最大輸出轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究了三層“C”+“一”形結(jié)構(gòu)、三層“C”+“V”形結(jié)構(gòu)及兩層“C”+“V”形結(jié)構(gòu)的混合式永磁磁阻電機(jī)，模型示意及計(jì)算結(jié)果如圖7所示。為降低電機(jī)制造成本，各層磁障內(nèi)部材料未做特殊說(shuō)明的均為鐵氧體磁材。
圖7 三層“C”+“一”形磁障結(jié)構(gòu)模型
圖8(a)～圖8(c)分別展示了在第一層磁障中添加空氣、鐵氧體、釹鐵硼時(shí)電機(jī)的磁密分布。圖8(d)為不同磁障填充材料對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩。可見(jiàn)，首層磁障中添加不同的材料時(shí)，雖然磁障面積很小，但對(duì)電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩仍然有較為明顯的影響，轉(zhuǎn)矩的變化范圍達(dá)到約11 N·m。因此，可考慮在第一層磁障中使用釹鐵硼永磁體來(lái)提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。
展開(kāi) 混合式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)研究
因此，考慮開(kāi)展混合式永磁磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)，即在永磁磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中，使用鐵氧體永磁體和釹鐵硼稀土永磁體兩種材料，提升電機(jī)永磁轉(zhuǎn)矩比例，進(jìn)而提升永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。同時(shí)，利用鐵氧體與釹鐵硼溫度系數(shù)相反的特性，提高該類(lèi)電機(jī)高溫下的性能，降低退磁風(fēng)險(xiǎn)。
以常見(jiàn)的鐵氧體及釹鐵硼永磁體為例，兩者的性能數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 典型鐵氧體與釹鐵硼永磁體性能對(duì)比
考慮永磁體的加工工藝，鐵氧體永磁材料易加工成弧形結(jié)構(gòu)，而釹鐵硼稀土永磁材料則更適合加工為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。因此，混合式永磁磁阻電機(jī)更適合使用“C”+“V”結(jié)構(gòu)或“C”+“一”結(jié)構(gòu)。本文在所研制電機(jī)的首層磁障中添加釹鐵硼永磁體，為尋求使用最少永磁體，得到最大輸出轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究了三層“C”+“一”形結(jié)構(gòu)、三層“C”+“V”形結(jié)構(gòu)及兩層“C”+“V”形結(jié)構(gòu)的混合式永磁磁阻電機(jī)，模型示意及計(jì)算結(jié)果如圖7所示。為降低電機(jī)制造成本，各層磁障內(nèi)部材料未做特殊說(shuō)明的均為鐵氧體磁材。
圖7 三層“C”+“一”形磁障結(jié)構(gòu)模型
圖8(a)～圖8(c)分別展示了在第一層磁障中添加空氣、鐵氧體、釹鐵硼時(shí)電機(jī)的磁密分布。圖8(d)為不同磁障填充材料對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩。可見(jiàn)，首層磁障中添加不同的材料時(shí)，雖然磁障面積很小，但對(duì)電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩仍然有較為明顯的影響，轉(zhuǎn)矩的變化范圍達(dá)到約11 N·m。因此，可考慮在第一層磁障中使用釹鐵硼永磁體來(lái)提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。
展開(kāi) 求解技巧 | 永磁電機(jī)的電磁仿真常見(jiàn)問(wèn)題
齒槽轉(zhuǎn)矩
齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)繞組不通電時(shí)永磁體和定子鐵心之間相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，是由永磁體與電樞齒之間相互作用力的切向分量引起的。齒槽轉(zhuǎn)矩會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使電機(jī)不能平穩(wěn)運(yùn)行，影響電機(jī)的性能。在變速驅(qū)動(dòng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲將被放大。齒槽轉(zhuǎn)矩的存在同樣影響了電機(jī)在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和位置控制系統(tǒng)中的高精度定位。所以做永磁電機(jī)研發(fā)的工程師希望把自己做的電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩降到最小，使用永磁電機(jī)的工程師則希望了解手上這臺(tái)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，從而去優(yōu)化他的控制算法。
有限元法計(jì)算齒槽轉(zhuǎn)矩時(shí)，氣隙的網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的計(jì)算影響很大，為了得到較為準(zhǔn)確的齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值，可以對(duì)氣隙做多層剖分，如下圖所示，該電機(jī)為8極48槽，轉(zhuǎn)子是V&“一”槽形。為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，加快求解速度，以一個(gè)極進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算齒槽轉(zhuǎn)矩時(shí)，可以在氣隙部分添加為3層，分別命名為為band_inner,band,band_outer。
圖1
同時(shí)設(shè)置band的旋轉(zhuǎn)速度為1deg_sec，由于計(jì)算一個(gè)齒距下的齒槽轉(zhuǎn)矩的變化，故設(shè)置的求解時(shí)間為7.5s。具體如下：
圖2
計(jì)算完成后電機(jī)不斜極的齒槽轉(zhuǎn)矩如下圖3所示：在一個(gè)齒距的范圍內(nèi)為為一個(gè)周期變化。實(shí)際設(shè)計(jì)中，電機(jī)的轉(zhuǎn)子是斜極兩段，斜極的度數(shù)為3.75。實(shí)際上整體的電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩如圖4所示。從圖3和圖4可以看采取斜極的措施后，電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩也確實(shí)降低了，有利于電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)。
展開(kāi) 國(guó)產(chǎn)主流電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)盤(pán)點(diǎn)：永磁同步vs交流異步
不同于 ES8 全異步感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)，蔚來(lái)旗下第二款量產(chǎn)車(chē)型 ES6 雖然在基準(zhǔn)版中采用了雙永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)，但是其性能版中采用了異步感應(yīng)電機(jī)與永磁同步電機(jī)組合的方式，其前軸搭載了 160kW 永磁同步電機(jī)，后軸則搭載了 240kW 的異步感應(yīng)電機(jī)，這樣的搭配讓 ES6 不僅擁有更長(zhǎng)的續(xù)航里程，同時(shí)也兼顧了高性能。
下表是關(guān)于這兩款車(chē)的相關(guān)信息：
目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)商大多采用永磁同步電機(jī)，相較于交流異步電機(jī)，永磁同步電機(jī)的性能表現(xiàn)更好，并且體積和重量方面也更占優(yōu)勢(shì)，而且制造時(shí)需要的稀土材料在國(guó)內(nèi)也十分豐富，因此采用永磁同步電機(jī)的車(chē)型在國(guó)內(nèi)種類(lèi)繁多。
目前采用永磁同步電機(jī)的品牌主要有北汽新能源、比亞迪、小鵬汽車(chē)、吉利、奇瑞、威馬等品牌，并且制造永磁同步電機(jī)的品牌也有很多，其中不泛包括西門(mén)子、博世、大陸、博世等機(jī)械大廠(chǎng)，北汽新能源和比亞迪也開(kāi)發(fā)了自家的永磁同步電機(jī)。
展開(kāi) 永磁電機(jī)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
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