1.4 极转子结构选择实例

在参考文献[2]中，用有限元法研究比较四种不同转子结构、三相4极、q=3永磁电动机的性能，它们的功率为1.1kW，都是使用相同体积的钕铁硼永磁材料。分析结果归纳见表6-1。它们有相同的电动机尺寸、磁体体积、绕组铜损耗，从表中显示其他性能的差别：包括气隙磁通密度、d轴和q轴电感、转矩、铁损耗、效率等。它也显示埋入式和两种内置式结构的d轴和q轴电感存在的不同程度差异。

表6-1 四种转子结构电动机性能比较

图6-7 不同转子结构发电机模式下的输出功率

美国航空航天局格伦研究中心开发的储能飞轮技术在航天器中应用，电机选择了4极永磁同步电动机方案，它满足了高比功率、高效率、反电动势波形、低总谐波畸变率（THD）、低齿槽转矩和低转子损耗等设计要求。研究对五种转子结构选择进行了对比：表贴式磁体（转子1，2），面包形表贴式（转子3），内置切向式（转子4）和内置径向式（转子5）。转子的外径、长度、永磁材料和磁体厚度在所有类型中都相同。所有表贴式转子有同样极弧角。利用ANSOFT RMxprt软件预测电动机的特性。图6-7和图6-8显示在发电机模式下的输出功率、总谐波畸变率（THD）计算结果。从图的对比可以看出，在这个应用实例中，内置式转子结构明显比表贴式差，“转子1”结构有比较高输出功率及低反电动势的THD值。因此，这种转子结构被采用^[3]。(www.daowen.com)

图6-8 不同转子结构的反电动势总谐波畸变率（THD）

2.多极转子结构选择实例

参考文献[4]对5kW、50r/min多极低速电机进行深入研究，其中对比了70极电动机采用表贴式与内置切向式结构设计、分数槽集中绕组与整数槽分布绕组设计。内置式结构的聚磁作用获得比表贴式结构更高的气隙磁通密度。随之，采用内转子结构时，切向结构的电负荷较低，槽面积较小，导致电机有较大气隙直径，使得电动机可以更短。因此，内置切向式电机的有效材料总重量约比SMPM电机低20kg，参见表6-2。此外，从表中还可以看到，集中绕组（63槽）优于整数槽分布绕组，不但电动机总重量降低，而且转矩波动也减少了。但是，由二维有限元模拟分析结果，表贴式结构的转矩波动明显低于内置切向式结构。

表6-2 70极电动机表贴式和内置切向式的设计结果