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洗衣机用永磁同步电机转子结构的电磁设计探究

热度0票浏览131次时间：2021年1月11日 14:08

伍瑞雪

( 安徽皖南电机股份有限公司安徽省泾县 242500)摘要：永磁同步电机因为具有极强的电气结构特性以及机械结构特性，这两大特性也就促其成为性能强悍的交流调速电机。由于永磁同步电机的高效能、高功率等技术优势，非常符合国家制定的电机性能的技术标准，所以被广泛的应用于各类机械产品的设计制造中。本文通过分析永磁同步电机的技术原理和结构特点，进行针对洗衣机用永磁同步电机转子结构的电磁设计以及技术探究。

关键词：洗衣机；永磁同步电机；转子结构；电磁设计引言：

目前永磁同步电机供电方式采用变频器以及转子结构采用矢量闭环控制算法进行有效合理配合的结合方式，可以高效地拥有一般直流电机所具备的速度调节优秀性能，与此同时还充分的发挥了永磁同步电机的无刷化，这些方式的合理搭配可以有效地提高永磁同步电机的使用寿命，减少永磁同步电机发生故障的几率，从而可以大幅度降低设备的维护成本。这使得永磁同步电机得到了广泛的应用，永磁同步电机经常出现在我国高精尖领域，例如航空航天、数控机床、自动化设备、远程遥控机器人、电子控制汽车等领域，都展现着巨大的未来应用前景和潜力。

一、永磁同步电机的工作原理简介

1. 永磁同步电机的整体结构简介

自启动永磁同步电机整体构造并不是非常复杂，主要构造是有转子上安装一个永磁体作为永磁同步电机的主体，加上一些细节零配件例如机壳、机座、定心铁球、端盖、转子铁球、转轴、电驱枢纽和气隙等结构组成。其中永磁同步电机的定子结构是和感应类的电机完全相同的，一般是使用 0.5 毫米厚度通过叠层压制工艺制造出来的硅合金钢板，这样可以有效地减少电机字使用过程中发生的铁的损耗。转子铁球也是使用 0.5 毫米厚度通过叠层压制工艺制造出来的硅合金钢板，并且由整个钢块进行加工成为实心的转子铁球。

2. 永磁同步电机的工作原理

在永磁同步电机中的定子三相对称地绕着组进行三相对称电压流入之后运动后就会形成三相对称电流，生成的三相对称电流在永磁同步电机中绕着永磁体转动就会相互作用产生磁场。由于转子中安装的永磁体是有恒定不变的磁极方向的，再根据已知的“异向相吸引，同性相排斥”科学原理，弟子中的磁场转动就会带动转子进行转动，最终以达到转子速度以及定子磁场的转速一致。永磁同步电机在轴承通过定子和转子的相互作用带动下速度从零逐渐增加，并且在此过程之中永磁同步电机转速是以震荡的方式进行不断上升的。

在永磁同步电机速度增加的过程中，永磁同步电机是通过异步驱动的方式加上异步转矩产生的速度差来加速的。永磁同步电机速度从零逐渐向定子速度增加的过程中，永磁体的需要经历一定时间的转速震荡后，这样才能同步转矩的速度差，最后实现速度同步运行的状态。永磁同步电机同步状态下，转子的绕组就不会在产生转子电流，这个时候就只有永磁体的磁场，此时与定子进行转动磁场工作用的转矩驱动，进一步的完成永磁同步电机的启动和运行。

二、洗衣机用永磁同步电机转子结构的电磁设计

1. 拼接式转子基本结构

(a) 护套式转子结构 (b) 槽楔式转子结构

图1 拼接式转子结构

正如图 1(a) 所示转子结构，主要采取了独立贴心结构，把固定铁心和磁钢进行外侧高强度的套护。在结构最外侧的装配方面采取过盈配合的方式，使得铁心和磁钢在转动过程中始终处于一个紧压迫的状态。图 1(b)主要显示的是电机的槽楔式转子结构，这种方式的结构依靠铁心和非磁性轴套进行主题构架，取代原有的外部保护套，将贴心和磁钢进行梯形模式定位安置。尽管这种方式和之前的方式相对比来说，并没有使得气隙这个模块结构的厚度增加，但是由于贴心和槽钢获得了更多的接触面积，致使转子的稳定性大幅度降低，导致原来的应用部分产生了转速降低的结果。

2. 电机主要尺寸设计与有限元模型

2.1 电机的主要尺寸计算

径向永磁电机的主要尺寸计算公式为：

公式中自左至右的符号代表为电机的额定功率乘以计算极弧系数再乘以气隙磁场波形因数，对于正弦分布的气隙磁场来说，为定子内径最后再乘以铁心叠长，可以获得最终的结果。

2.2 永磁同步电机模拟建模

表1 洗衣机用永磁同步电机设计参数

图2 3 种永磁同步电机模型

根据上文中叙述的主要尺寸运算公式，计算获得的电机主要相关设计参数正如表 1 所示。利用 ANSYS Maxwell 软件进行的搭建三种不同转子结构永磁同步电机的数据二维建模如图 2 所示永磁同步电机模型，图中所指示的箭头方向就是在实际情况中永磁体旋转和充磁的运作方向。

通过软件的模拟建模可以的数据，拼接式永磁同步电机以及 spoke 型永磁同步电机的气隙长度反应较为强烈，速度随气隙的快速变大反而会产生迅速下降效果，相比较之下表贴式的反应就没那么敏感。

结语

综上所述，本文通过针对内置式永磁同步电机转子结构进行三种方式的模型建立、数据分析和对比效果，进行仿真运行运算得出结论，拼接式永磁同步电机转子结构最能有效提高永磁转速利用率以及转矩密度，可以更加高效的提高永磁同步电机效率。

参考文献：