随着电力电子技术、电机制造技术、大规模集成电路和微处理器控制技术的迅猛发展，人们对交流永磁电机产品的性能(如效率，运行可靠性，齿槽转矩等)的要求越来越高，以永磁同步电动机作为执行机构的交流伺服控制系统在数控机床、机器人、办公自动化设备、大规格集成电路制造、雷达以及柔性制造系统等领域都得到了广泛的应用，但在某些特殊的工况下，要求电动机的效率更高，运行可靠性更稳定，电动机的齿槽转矩更小。浙江中源电气有限公司从事永磁电机开发设计15年以来，经过不断试验与实践，将永磁电机主要分成永磁同步电机(TYBZ)，永磁伺服电机(TYSZ)，永磁发电机(TYFZ)三大类。自2010年我公司开始开发设计永磁矢量节能电动机(TYVZ)，用以满足在特殊情况下，要求电动机的高效，稳定，低齿槽转矩等性能，并使其批量化生产，为我国装备制造业的发展提供有利的技术保障，具有重大的现实意义和广阔的社会应用前景。

　　效率高

　　1.效率比较

　　相对异步电机，永磁电机在效率、功率因数，节能效果等方面都有很大的提高，永磁体转子既无铜耗又无铁耗，其效率比同容量异步电动机提高5～12%;电动机无需从电网吸取激磁电流，功率因数接近1。此款永磁矢量节能电动机在效率方面要求在普通永磁同步电机的基础上再提高5%以上，比异步电机提高了10%以上，效率达到90%以上。

　　2.结构对比

　　矢量电机与同步

　　构对比如下图。

　3.节能要点

　　4.改进设计

　　在普通永磁电机的基础上，我们针对磁钢牌号对电机效率的影响做了多次试验，得出如下结果，见表二。

　　通过试验我们能清楚的了解到磁钢牌号对电机效率的影响是很大的，通过提高磁钢的牌号，达到减小压降的目的，从而提高了电机效率，满足了设计要求。

　　5.应用案例

　　例如一款5.5KW矢量节能电机在某大型商业大楼空调设备中的应用案例：分别以异步电机+变频器驱动和矢量电机+变频器驱动进行比较，将两种电机分别应用于空调机用风扇，5.5KW*50台，电费单价0.9元/KW计算，一年间按工作4000小时为计。

　　通过对比矢量电机在本案例中的节电约9万千瓦，节能效果非常明显。一吨标准煤可以发三千千瓦时(3000度)的电，工业锅炉每燃烧一吨标准煤就产生二氧化碳2620公斤，二氧化硫8.5公斤，氮氧化物7.4公斤，9万千瓦的电相当于要燃烧30标准煤，产生78.6吨的二氧化碳，255公斤的二氧化硫，222公斤的氮氧化物。科学家测算1棵杉树平均每年可吸收二氧化碳15千克，78.6吨的二氧化碳如果通过杉树来吸收，则需要5240棵杉树。很明显，矢量电机的节能效果无论是从经济角度还是从社会价值角度，都非常可观，具有很好的市场前景。

　　矢量控制提高电动机运行可靠性

　　近年来,采用全数字控制方法,以永磁交流电机为控制对象的全数字交流伺服系统正在逐渐取代以直流电机为控制对象的直流伺服系统和采用模拟控制技术的模拟式交流伺服系统。全数字交流伺服系统采用矢量控制方法,可实现优良的控制品质。

　　编码器控制的伺服电机，由于编码器的装配要求精度较高，对于轴的机加工和后序编码器的安装要求都较高，如果在机加工和编码器安装中出现问题，例如机加工轴上编码器安装用的小轴，小轴的直径尺寸有很多都是小于10mm，粗糙度要求0.8，由于小轴直径较小在机加工时无法使用双顶针，这样小轴的同心度较难保证，而且在后期运输和装配过程中因为其直径过小很容易出现小轴的变形;对于编码器的安装与接线都比较麻琐，这些都将直接影响整台电机的运行可靠性。矢量控制省去编码器，采用开环控制，直接采用控制器加电机的方式，由于省去了编码器电机的结构上得到了简化，对电机轴的机加工和电机的装配的要求也有很大程度的降低，对于一个系统而言，结构上越简单，系统的运行可靠性就越稳定，对于电机而言也一样。而且结构上的简化，也方便电机后期出现故障问题的查找。

　　减弱齿槽转矩

　　随着永磁材料性能的不断提高，永磁电机越来越广泛地应用于高性能速度和位置控制系统。然而在永磁电机中，永磁体和有槽电枢铁心相互作用，不可避免地产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起振动和噪声，影响系统的控制精度。齿槽转矩是永磁电机特有的问题之一，是高性能永磁电机设计和制造中必须考虑和解决的关键问题。本节主要讨论极靴角和转子斜极对齿转转矩的影响。

　　首先我们需要了解齿槽转矩的产生机理，齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和铁心之间相互作用产生的相对运动时，处于永磁体极弧部分的电枢齿与永磁体间的磁导基本不变，因此这些电枢齿周围的磁场也基本不变，而与永磁体的两侧面对应的由一个或两个电枢齿所构成的一小段区域内，磁导变化大，引起磁场储能变化，从而产生齿槽转矩。削弱齿槽转矩的方法有：改变永磁磁极参数的方法，改变电枢参数的方法以及电枢槽数和极的合理组合。在我公司开发本永磁矢量节能电动机过程中，着重试验了改变永磁磁极参数的方法中改变极间外圆周尺寸和斜极的方式。

　　梅花型转子冲片，外圆周由几条圆弧组成。在此次设计开发中，为了减弱齿槽转矩，也考虑到是否可以通过改变极与极之间外圆周上的尺寸，如下表。

　　由表中齿槽转矩的变化可以看出，极间外圆周尺寸发生变化会影响齿槽转矩，可以采用增大外圆周凹陷的尺寸来减弱齿槽转矩。

　　对一般永磁电机而言，斜极比斜槽在工艺更复杂，所以通常采用的是斜槽。而我公司在开发过程中，定子斜槽做出的样机的齿槽转矩过大，不能满足设计的要求，所以考虑采用斜极的方式来减小齿槽转矩，通过试验发现斜极中斜极的角度对齿槽转矩的影响很大，之后通过多次试验找到了适合本电机的最佳斜极角度。试验结果见表四(试验是转子平均分成两段，然后错开一定角度)，如下表。

　　通过试验结果可以发现在转子斜6度时齿槽转矩最小，而且随着斜极角度的增加，齿槽转矩是先减小后增大的。齿槽转矩与斜极角度的这样一个发展的趋势，可以为以后在设计其它永磁电机时，需要通过斜极来减小齿槽转矩，找到最佳斜极角度提供可靠的试验参考。

　　结语

　　本文介绍了一款0.75KW永磁矢量节能电动机在开发设计过程中，针对提高电机效率，提高电机运行可靠性，减弱永磁电机齿槽转矩等方面做出新的尝试。通过试验，得出提高磁钢牌号可以降低压降，提高效率;通过改变控制方式，可以提高电机运行的可靠性;通过改变转子的极靴角和转子斜极的角度，可以减弱永磁电机的齿槽转矩。综上所述，永磁电机的设计需要不断的进行新的尝试，不断提高电机的设计能力，为技术的不断创新打下基础。

点击查看更多资讯