永磁电机主要尺寸公式（永磁电机参数计算）

在上一节中，我们讨论了电机输出扭矩与转子外径（气隙直径）和铁芯长度（气隙）之间的关系。仅根据上一节的内容，我们似乎可以得出这样的结论：转子半径越小，其扭矩密度越大。但在实际生产中，有的电机比较细长，有的电机又短又粗。它的设计不是纤薄的。下面，我们就来了解一下。

除了转子之外，电机还有一个定子，而转子并不是一个完整的圆形，而是一个镶嵌有永磁体的圆环，如图1所示。实际设计时也必须考虑到这两部分。接下来，考虑这两部分对原始模型进行修改。

图1 永磁电机结构图

从图1可以看出，整个电机的内外径尺寸主要由定子外径、气隙长度、永磁体厚度、转子内径决定。为了简化附图，将定子齿和定子磁轭组合在一起。我们粗略估计一下电机各部分的尺寸。

首先我们从外到内理清电机结构各部分的功能。第一个是定子磁轭，它起到桥梁的作用，用于传导磁通；定子齿：为了放置定子绕组，在定子铁心内侧开槽，形成定子齿，也用于传导磁通；气隙：用于分隔定子和转子传递磁通；永磁体：作为磁源，提供磁通量；最后是转子磁轭（转子铁芯）：用于传输磁通，作用与定子磁轭相同，作为固定永磁体的支撑。除永磁体外，所有结构均用于传导磁通量，如图2所示。

图2 磁路图

从图中可以看出，相邻的两个磁极各提供一极下一半的磁通量，形成串联磁路，且提供的磁通量不重叠。因此，定转子磁轭传输的最大磁通量大约为半个永磁体提供的磁通量，大约为半个极距提供的磁通量。

通常，定子和转子磁轭处的磁密度大约是气隙磁密度的两倍。因此，定子磁轭的厚度约为极距（对应于一极的气隙的周向长度R/p）的1/4，即0.25。定子铁心也有定子齿，可粗略估计为0.3。忽略永磁体和气隙。

那么整个电机的有效外径为(2R+0.6R/p)，内径为(2R-0.5R/p)。接下来，计算实际扭矩密度。

给定电机的扭矩Tc 是一个常数。电机的极对数为p，气隙半径为R。

利用Matlab对数据进行处理，得到电机功率密度、气隙直径和极对数之间的关系，如图3所示。

图3 电机功率密度与气隙直径的关系

从图3可以得出以下结论：

(1)在相同极对数下，电机的有效扭矩密度随着电机气隙直径的增大而增大。

(2)在相同气隙直径下，电机的有效扭矩密度随着电机极对数的增加而增加。

(3)对于极对数较多的电机，随着气隙直径的增加，扭矩密度比极对数较少的电机增加得更快。