12kw永磁电机有限元的分析(2)
5.1 永磁体尺寸对性能影响 32
5.2 转子开辅助槽 34
5.3 本章小结 37
6 总结和展望 38
6.1 本文主要工作 38
6.2 工作展望 38
致谢 40
参考文献 41
1 绪论
1.1 研究背景与研究意义
1.1.1 研究背景
（1）永磁电机的定义和发展趋势
磁场是实现电机基本性能的媒介，而磁场是由运动的电荷或变化的电流产生的，所以在工程上常用电励磁绕组或是永磁体建立。使用永磁体的电机就是永磁电机,相比于普通的励磁电机，它不仅取消了励磁绕组,节约了起动消耗电能,还使得电机运行更加稳定，文护的成本大大降低。但由于在永磁体材料发展早期，材料的磁能密度都偏小,而且价格高昂,极大制约了永磁电机的发展。而随着氧永磁体的出现和普及，越来越多的电机选择使用永磁体进行励磁，这段时期是永磁电机理论设计、制造工艺取得突破性进展的黄金时期[1]。而稀土永磁材料的问世则使得永磁电机的发展登上一个新的台阶，不仅在航空航天[2]、国防等高科技领域得到广泛运用，还与老百姓经济生活中的各个领域息息相关。
现今永磁电机的发展趋势主要有以下几个方向：一，大功率化，提供更高的转速和更大的转矩；二，智能化，拥有更全面功能；三，微型化[3]，适应更多使用场合。其电磁设计和驱动控制技术随着计算机技术迅猛发展有了更大的提升空间，是研究高性能节能电机的关键与热点。
（2）永磁电机的相关研究技术
永磁电机无法直接控制磁场强度进行调速，而可控的电枢电流又只能做减速调节，所以在调速功能上需要被优化。而为了满足该项功能的优化，相应的研究问题和研究技术被提出，并在不断发展完善。
①永磁电机的设计技术
传统的电励磁电机结构和设计方法并不适合永磁电机的设计，而且永磁体材料成本较高，永磁电机需要其高效工作性能和节能能力去提高自身的竞争力。针对各类永磁材料的成本和特性，传统的永磁电机设计思路也需要不断地调整和改进。一方面，根据客户的需求，将各个设计方案通过计算机辅助分析，得到性价比最好的产品方案；另一方面，结合计算机分析，优化已有电机模型，进一步提高了设计效率和研究成果。随着相关理论和应用技术的发展，形成了设计等效磁路，利用有限元分析软件计算电磁场相结合的研究方法[4]，使得永磁电机在理论设计、生产工艺以及电气控制等技术方面能更深层次的发展。
②永磁电机的仿真技术
把每一个电机设计方案制成成品，再对其性能测试，不仅成本高昂而且效率低下。所以设计出电机模型，在进行虚拟仿真，对永磁电机设计和生产具有极高的现实意义。同时，计算机强大的计算功能，能使复杂的参数计算准确可靠，仿真出来的各项电机参数也有一定的指导意义。所以市场上出现了一大批优秀的电机仿真软件，如常用Ansoft Maxwell对电机本体进行设计和用Simulink对电机控制上进行优化等等[5]。
在各项仿真软件中，凡是涉及到电磁计算的一般都会采用有限元分析法，该方法简单来说就是将求解域进行剖分，从每个小区域获得简单的近似解去推导整个求解域的解，并且利用计算机强大的计算功能，提高求解的精确度，所以能在软件中模拟出运行过程中的磁密分布和磁场线方向，并进一步求出转矩和损耗等各项电机参数。
③永磁电机的控制技术
除了对电机本体的设计外，驱动系统的合理设计也是提高电机性能的关键。常见的控制要求是在电机启动的情况下，输出较大的扭矩以满足低速状态下的转矩要求，达到快速响应的目的；而在稳定运转时，也要满足有较宽范围的调速功能，适应各种性能需求[6]。由于永磁电机的性能特点，系统不能直接通过控制磁场大小来控制转速，但随着电力电子器件的发展,永磁电机可以只进行电枢控制达到调速目的。所以设计永磁电机的驱动系统时，要结合永磁电机特性、电力电子器件和控制原理，达到产品性能要求。