新能源PMSM电机设计-V型内置转子的考虑

介绍

内置式永磁电机 (IPM)已在许多行业中得到广泛采用。由于其固有的坚固性，高效率并且制造成本相对较低。 在各种 IPM 拓扑中，V 形 IPM 展示更高的功率密度，更高的效率，更低的制造成本和更宽的恒定功率工作范围。 与表面贴装一样永磁 (SPM) 电机，IPM 由于同时产生永磁转矩和磁阻转矩，而更有优势。由于永磁体和磁阻转矩d 轴和 q 轴之间的磁阻不相等。然而，与 SPM 不同的是，设计 IPM由于转子结构复杂，已证明具有挑战性和磁饱和。

优点

IPM 相对于 SPM 的重要优势之一是精确制造 IPM 的简单性转子叠片的外形与SPM 中磁铁的外形。 这个优势也创造额外的理想特征：

■ IPM 使用简单的矩形磁铁具有平行磁化，这降低了两者磁铁价格和制造成本；

■ IPM 磁铁被机械地捕获在转子叠片，使它们适用于高速运行无保护环或转子上的固定套筒；

■ 磁桥的存在提供了更好的防退磁保护，提供IPMs 具有更高的过载能力。

■ IPM 正弦气隙磁通密度分配使齿槽转矩最小化，提供卓越的低速速度调节。

典型拓扑

IPM 的基本特征设计，如最大扭矩，阻力退磁，d轴和q轴电感，反电动势等，受到PM的位置和尺寸几何的显著影响。 在典型的 V 形 IPM 几何结构，如下图所示，R是相邻两个PM之间距离的一半，LR是PM底部和转子铁芯内径之间的距离，ML和 MW 分别是一极的PM 厚度和宽度。可以映射峰值扭矩与 PL 和 PW 的关系，并且优化。 虽然峰值扭矩最大值可以通过减小 PW 厚度，PM是容易发生不可逆退磁的如果PW太小。或者，随着 PW 的增加和且横截面积保持不变，最大峰值扭矩减小。 因此，厚度PM不应太小或太大。

通量密度分布

典型的磁通密度分布和磁通线从有限元分析软件获得如下所示。电机的性能高度依赖于转子叠片区域的饱和度，如下面所描述的。

结构考虑

评估 IPM 的结构完整性是设计和优化过程中的关键步骤。分析的目的是计算结构关键区域内的应力分布。 IPM转子中隔磁桥的机械应力主要是因为每个磁钢的离心力产生。因此，需要建立离心率的计算方法。 径向和切向电磁力（见典型下面的分布）必须考虑在内，特别是在重电气负载下。 这些力可以从有限元分析中获得。

硅钢片的径向变形很大与磁钢内壁施加的张力有关； 而切向变形主要受，磁钢外侧张力的影响。 因此，径向刚度和切向刚度可以分别单独通过考虑磁钢内侧或外侧。 此外，由于硅钢片的变形被认为是局部的，假设几何不规则性远离隔磁桥和磁钢的区域接触不会有太大影响。

应力和变形

获得的典型应力和变形图来自 FEA 软件的如下所示。 显示电机高度依赖于饱和度描述的转子叠片区域的水平更多。

典型材料特性

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