永磁电机的永磁体布置（永磁体电机工作原理）

上一篇文章指出，对于传统的表贴式电机，忽略饱和和漏磁，当永磁体的厚度约为气隙长度的5倍时，气隙磁密度达到“拐点”。通过选择该厚度，可以获得更高的气隙。间隙磁密度。本节前半部分讨论饱和和漏磁，后半部分讨论磁极优化。

首先是考虑饱和后的磁路和漏磁。在5倍气隙长度时，单位值气隙磁密度约为0.75。以N38UH为例，其剩磁密度Br为1.23T。该状态下，气隙磁密为Bg=1.23*0.75=0.9225T，这部分磁密完全进入定子齿部，定子齿部磁密将接近1.8T，饱和度较高。此时铁芯的磁阻对磁路影响很大，不可忽视。

下面给出考虑饱和后的处理步骤。

1、忽略饱和和漏磁，根据永磁体厚度和气隙长度计算此时气隙磁密度标准单位值K，进而计算气隙磁密度Bg。

2. 选择1/2 定子齿位P，并在此计算齿距与齿宽的比值k。那里的磁密度为Bg*k。

3. P处的磁密度大约是整个齿的磁密度。参考B-H和B-ur曲线（如图2所示），选择相应的相对磁导率，然后计算整个齿的磁阻。

图2 30ZH105 BH曲线

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4. 定子磁轭和转子磁轭的磁通量可直接通过（每极磁通量/磁轭宽度）粗略计算。分别计算各种磁阻。

5、根据计算结果，得到定子磁阻Rs和转子磁阻Rr。代入上节给出的等效磁路图，即可得到新的气隙磁密度标准单位值K’。

6. 重复步骤1-5，直到新的单位值与上次计算结果的误差满足要求。

这一步是纯粹的迭代计算，可以编写相应的计算程序来代替手工计算。另外，为了减少迭代次数，可以将步骤1中输入的平均单位值作为最近的两个单位值的平均值代入计算。

如果最终的磁密计算结果与目标磁密偏差较大，则需要改变磁钢的厚度重新计算。

通过上述过程，可以在永磁体设计过程中考虑饱和效应。至于漏磁部分，对于表贴式永磁电机来说，漏磁系数很小，对磁路的影响可以忽略不计。

简单说一下永磁体的优化

根据不同的优化目标，如齿槽转矩、输出转矩、气隙磁场等，永磁体形状有不同的优化方法。接下来我们只介绍表贴式永磁电机，以正弦气隙磁场为优化目标。

从实现方法来看，主要有两种方法：一是改变永磁体的分布，二是调制永磁体产生的磁场。

改变永磁体的分布，就是改变一极下磁动势的均匀分布，使其沿转子圆周的正线排列。简单来说，就是中间高、两端低。常见的方式有以下几种：

1、永磁体偏心，如图2所示。

图2 偏心永磁体

2、不等厚磁钢，如图3

图3 不等厚永磁体

3、相同厚度的不同材料

图4 等厚度的不同材料

脉宽调制阵列

图5 脉宽调制布置

从图2至图5可以看出，当改变永磁体的磁动势分布时，永磁体要么需要特殊加工，要么需要特殊排列，这无疑会增加生产成本。这个问题可以通过调制永磁体的磁场来解决。分别如图6和图7所示。

图6 非均匀气隙磁场调制

图7 PWM型磁场调制

不同方法各有优缺点，实际应用时应注意筛选。