永磁同步電機地設計與電磁分析報告

本科生畢業(yè)設計（論文）題目：永磁同步電機的設計與電磁分析姓名：耿艷華學號：21116258班級：電氣工程與自動化11級1班二〇一五年六月中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)論文姓名：耿艷華學號：21116258學院：應用技術(shù)學院專業(yè)：電氣工程與自動化論文題目：永磁同步電機的設計與電磁分析專題：指導教師：鄧先明職稱：教授2015年6月徐州中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文任務書學院應用技術(shù)學院專業(yè)年級電氣2011級學生姓名耿艷華任務下達日期：2015年3月15日畢業(yè)論文日期：2015年3月16日至2015年6月1日畢業(yè)論文題目：永磁同步電機的設計與電磁分析畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：永磁同步電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)；自啟動永磁同步電機的一般設計方法；設計一臺永磁同步電機，參數(shù)：（1）、容量：40KW；（2）、額定電壓380V，額定頻率50Hz；（3）、額定轉(zhuǎn)速1500；（4）、定子相數(shù)3；（5）、效率0.95；（6）功率因數(shù)0.95.；（7）能夠自啟動。利用有限元方法，計算驗證設計結(jié)果。 完成與畢業(yè)設計內(nèi)容有關的英文翻譯（近三年的文獻），不少于3000漢字；完成畢業(yè)設計論文。院長簽字：指導教師簽字：

中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文指導教師評閱書指導教師評語（①基礎理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成績：指導教師簽字：年月日

中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語（①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評價及建議成績；⑧存在問題；⑨是否同意答辯等）：成績：評閱教師簽字：年月日

中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文答辯及綜合成績答辯情況提出問題回答問題答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字：年月日學院領導小組綜合評定成績：學院領導小組負責人：年月日摘要自起動永磁同步電機擁有鼠籠，能夠?qū)崿F(xiàn)自啟動。它無需無功勵磁電流，功率因數(shù)高，減少了定子電流和定子電阻損耗，并且在穩(wěn)定運行時沒有轉(zhuǎn)子損耗。因此它具有高效率、高功率因數(shù)等的技術(shù)特點，符合高性能電機的技術(shù)指標。是未來高效率、節(jié)能型傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向，具有廣泛的應用前景。本文主要是通過利用傳統(tǒng)的異步電機設計方法并結(jié)合了永磁同步電機的特點，設計了一臺40Kw的轉(zhuǎn)子導體內(nèi)置式的永磁同步電機，詳細的設計了其機械結(jié)構(gòu)、計算了其電氣性能。同時還利用數(shù)值計算軟件對其進行了性能分析。給出了所設計電機的功角特性和起動特性，計算結(jié)果證明了本文所設計的電機其性能完全滿足預期的要求。本文利用電磁場數(shù)值計算軟件Ansoft，對電機進行了建模及仿真，獲得了電機的電磁場分布、啟動轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以及電機穩(wěn)態(tài)運行時的損耗。計算了電機的空載反電動勢波形、交直軸電抗參數(shù)特性以及電機的功角特性。通過將每極的轉(zhuǎn)子磁極采用集中分布的方法，提高了氣隙磁密中的基波含量，明顯得抑制了其中的高次諧波。關鍵詞：自啟動永磁同步電機；電磁特性；有限元法AbstractStartpermanentmagnetsynchronousmotorhasasquirrelcage,canberealizedfromthestart.Itdoesnotrequirereactiveexcitationcurrent,powerfactor,reducingthestatorcurrentandstatorresistanceloss,andnorotorlossesinstableoperation.Soithashighefficiency,highpowerfactorandothertechnicalcharacteristics,inlinewithhigh-performancemotortechnicalindicators,isthefuturedirectionofhighefficiency,energy-savingdrivesystemhasbroadapplicationprospects.Inthispaper,throughtheuseofaconventionalinductionmotordesignmethodsandcombinesthecharacteristicsofapermanentmagnetsynchronousmotor,designedarotorconductorbuilt-in40kWpermanentmagnetsynchronousmotor,thedetaileddesignofthemechanicalstructure,calculateitselectricalproperties.Alsotakeadvantageofitsnumericalsoftwareperformanceanalysis.Thedesignofthemotorgivespoweranglecharacteristicandstartingcharacteristics,theresultsprovethatthedesignedmotorperformancetofullymeettheexpecteddemand.Inthispaper,electromagneticfieldnumericalcalculationsoftwareAnsoft,themotorismodeledandsimulated,Wegottheelectromagneticfielddistributioninsidethemotor,andwealsogotthesteadystatetorqueandstartingtorque.TheNo-loadback-EMFwaveform,quadrature/directaxisreactanceparametercharacteristicandpower-anglecharacteristicarecalculated.TheresultsprovethattheSPMSMcompletelymeettheexpectedrequirements.Byadoptingthemethodofcentralizeddistributionoftherotorpole,Theresultsshowthatthismethodnotonlycanaccuratelydetecttherotorposition,butalsocanidentifytherotorpolarity.Keywords：Sincethestartpermanentmagnetsynchronousmotor;electromagneticcharacteristic;finiteelementmethods目錄第一章緒論 分析上圖中電機的功角特性曲線，我們可以看出電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩基本上是出現(xiàn)在超過100°的位置上的，同時這與理論計算所得出的結(jié)果110°是相吻合的。4.3.6永磁同步電機損耗分析自啟動永磁同步電機產(chǎn)生的損耗主要包括定子鐵耗、定子繞組銅耗、機械損耗和雜散損耗。通過利用Ansoft有限元軟件，在不忽略損耗的情況下我們得到了電機的銅耗、鐵耗，如圖4.11、4.12所示。圖4.11永磁同步電機銅耗曲線圖由于自起動永磁同步電機定子繞組導線面積很小，可以忽略其集膚效應，而鼠籠轉(zhuǎn)子只有在電機起動的時候才起作用，因此可以忽略轉(zhuǎn)子銅耗。所以說，銅耗主要是存在于定子中，由繞組中的電流大小決定。定子銅耗中諧波含量很小，主要為基波損耗[25]。如圖所示，在0.3s左右，電機穩(wěn)定運行時，定子銅耗隨繞組電流的穩(wěn)定而穩(wěn)定在0.595kW。圖4.12永磁同步電機鐵耗曲線圖永磁同步電機正常運行時，在定轉(zhuǎn)子鐵心中還會產(chǎn)生鐵耗，如圖所示。鐵耗主要包含了渦流損耗與磁滯損耗兩部分[24]。本文設計的電機穩(wěn)定運行時鐵耗為782W，比等效磁鏈法計算值小，有限元計算本身就會導致誤差。4.3.7永磁同步電機結(jié)果分析下面是我們利用了等效磁路法和數(shù)值解法兩種方法所得到的數(shù)據(jù)并進行了比較分析，如下表4-2所示：表4-2永磁同步電機利用不同計算方法的所得的結(jié)果列表項目等效磁路法數(shù)值解法定子齒磁密(T)0.970.96定子軛磁密(T)1.741.80轉(zhuǎn)子齒磁密(T)1.411.45轉(zhuǎn)子軛磁密(T)0.950.91氣隙磁密(T)0.6400.656直軸電樞反應電抗(Ω)3.715.89直軸同步電抗(Ω）4.476.30交軸電樞反應電抗(Ω)12.8518.04交軸同步電抗(Ω)13.6118.45額定效率(%)95.596.36功率因數(shù)0.99830.9961通過上表所列出的數(shù)據(jù)中基本上我們可以看出，數(shù)值解法所得的數(shù)據(jù)結(jié)果要普遍稍微比等效磁路法所得出的數(shù)據(jù)結(jié)果偏大一些。我們都知道，本文中電機的數(shù)值法所采用的是二維場，而實際上的電機模型卻是3D的立體結(jié)構(gòu)，由于在2D的數(shù)值法中并沒有過多的考慮電機的疊壓系數(shù)，這就可能會導致結(jié)果上的差異，進而影響了用兩種計算方法所得出的電機的額定效率及功率因數(shù)等數(shù)值上的差異。不過，這兩種方法的計算結(jié)果之間的差異在誤差允許的范圍中還是可以接受的。由以上所給出的仿真結(jié)果的圖形我們可以看出，前文所設計好的電機及其性能基本都已達到要求。利用有限元分析軟件Ansoft仿真后可以查看其基本的數(shù)據(jù)參數(shù)，例如上述列表中所給出的電機的效率可以達到96.36%，槽滿率等等，其結(jié)果與計算出來的結(jié)果基本相同。

第五章結(jié)論針對目前應用前景最為廣泛的擁有異步啟動能力的永磁同步電機，本文利用了常規(guī)感應電動機的設計方法，對功率為40Kw的永磁同步電機進行了電磁設計。最后跟據(jù)現(xiàn)有已成熟并且被廣泛使用的電磁數(shù)值計算法，利用大型的有限元仿真軟件Ansoft對設計好的永磁同步電機進行了仿真分析，本文取得的設計成果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)分別介紹了永磁同步電機設計的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、水平以及發(fā)展趨勢，同時也對現(xiàn)在已有的適用于永磁同步電機設計的方法的基本特點進行了歸納和分析。(2)對一臺功率為40Kw的永磁同步電動機進行了性能設計，其中包括我們使用了等效磁路法和數(shù)值解法兩種不同的方法所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，并對此進行了比較分析也驗證了電機的功角特性和起動特性。(3)利用電磁分析軟件Ansoft對電機進行了建模和仿真，得到了電機負載轉(zhuǎn)矩的波形和數(shù)值，定轉(zhuǎn)子磁通密度數(shù)值以及電機的功角特性。從這些分析結(jié)果可以說明，我們利用Ansoft仿真的結(jié)果與用等效磁路法的結(jié)果差不多是相符合的，同時這也進一步證明了利用電磁分析軟件Ansoft進行建模與仿真的準確性。本文雖然對自啟動永磁同步電動機進行了一定的研究與分析工作，有了一些小成果，但是由于水平的有限還是存在了一些不足之處：在進行2D建模分析時，沒有過多的去考慮疊壓系數(shù)的影響力，造成兩種不同方法結(jié)果上的差異；進行仿真時對步長設置的把握度不夠，造成精確度不是很理想。

參考文獻[1]王秀和等著.永磁電機（第2版）.中國電力出版社，2011.1.[2]唐任遠、安忠良、赫榮富.高效永磁電動機的現(xiàn)狀與發(fā)展.電氣技術(shù)，2008.No.9.[3]魏靜微等著.小功率永磁電機原理、設計與應用[M].機械工業(yè)出版社，2009.3.[4]JacekF.Gierras,MitchellWing.Permanentmagnetmotortechnology[M].NewYork:MarcelDekker.Inc,1997.[5]周壽增等.稀土永磁材料及其應用[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1990.[6]唐任遠.現(xiàn)代永磁電機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997[6].[7]王秀和、楊玉波、朱長青編著.異步啟動永磁同步電動機﹣理論、設計與測試[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.7.[8]阮天虎、夏永明、潘海鵬.基于感應電動機的自啟動永磁同步電動機設計.微特電機，2011.N0.11[9]M.J.CoreleyandR.D.Lorenz.RotorPositionandVelocityEstimationforaSalient-PolePermanentMagnetSynchronousMachineatStandstillandHighSpeeds.IEEETransactionsonIndustryApplications[10]石有計.新型繞線轉(zhuǎn)子自啟動永磁同步電動機的設計.微電機，2011.10第44卷10期.[11]阮天虎．高性能異步起動永磁同步電機的研究與設計[D]．浙江理工大學，2012．[12]S.Arikawa,T.Higuchi,Y.Yokoi,Y.Abe,Y.Miyamoto,andM.Ohto.MotionCharacteristicsofaNovelSelf-StartTypePermanentMagentSynchronousMotor.Busan,Korea,2013InternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems,Oct.26-29,2013.[13]王抗、鄧先明、張志國.轉(zhuǎn)子導體內(nèi)置式永磁同步電機的設計與性能研究[J].電機與控制應用，2011.38(4).[14]黃堅．實用電機設計計算手冊[M]．上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2010．[15]趙清．中型高效永磁同步電動機設計關鍵技術(shù)研究[D]．沈陽：沈陽工業(yè)大學，2006．[16]趙博．Ansoft12在工程電磁場中的應用[M]．中國水利水電出版社：北京，2010．[17]劉秀君.自起動永磁同步電動機的電磁場計算與分析[D]．哈爾濱：哈爾濱理工大學，2006.1-6．[18]M.A.Rahman，A.M.Osheiba．PerformanceofLargeLine-StartMagnetSynchronousMotors．IEEETransactionsonEnergyConversion，1990，5(1)：211-217．[19]劉國強等著.Ansoft工程電磁場有限元分析[M].電子工業(yè)出版社，2005.8.[20]陳春光.磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁場分析與計算.哈爾濱理工大學2009.03[21]敖輝、鄭乃清.基于ANSOFT的永磁同步電機電磁場分析.寧德師范學院學報（自然科學版），2013.08.第25卷第3期.[22]A.Keyhani,C.B.Studer,etal.,StudyofLoggingTorqueinPermanentMagnetMachines,ElectricMachinesarrdPowerSystem.,Vo1.27.No.7,1999,pp.665~678.[22]PillayP.,KrishnanR.:Modeling,Simulation,andAnalysisofPermanent-MagnetMotorDrives,PartI:ThePermanent-MagnetSynchronousMotorDrive,IEEETransactionsonIndustryApplications,Vol.25,No.2,pp.265-273.[23]胡敏強、黃學良.電機運行性能數(shù)值計算方法及其應用[M].南京：東南大學出版社，2003.[24]王秀和，張瑞橋，唐任遠．永磁直流電動機氣隙磁場的解析計算[J]．電工技術(shù)學報，1999，14(5)：14~17．[25]劉瑞芳．基于電磁場數(shù)值計算的永磁電機性能分析方法的研究[D]：南京：東南大學電機與電器，2002．

翻譯部分英文原文MotionCharacteristicsofaNovelSelf-StartTypePermanentMagnetSynchronousMotorS.Arikawa*,T.Higuchi*,Y.Yokoi*,T.Abe*,Y.Miyamoto**,andM.Ohto***GraduateSchoolofEngineering,NagasakiUniversity,1-14Bunkyo,Nagasaki852-8521,Japan**YaskawaElectricCorporation,13-1Nishimiyaichi2Chome,Yukuhashi,Fukuoka824-8511,JapanRecently,apermanentmagnettypesynchronousmotorhasbeenusedwidelyforindustryapplication.Inthepaper,weproposeanovelself-starttypepermanentmagnetsynchronousmotorwithsquirrel-cage.Themotorisdesignedforhightorqueandhighdegreeofefficiency.Themotioncharacteristicsaresimulated.Itisonfirmedthatthemotoroperatessatisfactoryfromstarttosynchronousspeed.I.INTRODUCTIONInthispaper,weproposeaself-starttypepermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM).Itoperatesonthebasicprincipleofasquirrel-cageinductionmotorcombinedwithapermanentmagnetsynchronousmotor[1].Anevennumberedpermanentmagnetsarestuckonthesurfaceoftherotorcore,thathavesamepolarity.Bytheuniquerotorstructure,themotorisabletoobtainhighstartingtorqueastheinductionmotor.Themotorisnotrequiredtodetecttherotorpositionandcanbedrivenunderopen-loopcontrol.Additionally,incaseofsuddenpull-out,themotorcanrotateagainastheinductiomotor.Inthispaper,wedesignpermanentmagnetsoftherotorandsimulatethemotioncharacteristicsfromstarttosynchronousspeedbyusingafiniteelementmethod(FEM)software.II.NOVELSELFSTARTTYPEPMSMA.MotorConstructionFigure.1showstherotorstructureoftheself-starttypePMSMproposedinthispaper.Ithasarotorcombinedthesynchronousmotorwiththesquirrel-cageinductionmotor.Itis4-polesmachinebuthastwosamepolaritymagnets.Themagnetsarestuckonthesurfaceoftherotorcore,andthewideremainderoftherotorcoresurfacecanbeusedforthesquirrel-cagepart.Therelativewidesquirrel-cagebarsonbothsidesofthemagnetpreventtheleakageofmagneticfluxofthepermanentmagnet.Thesestructureenableseffectivelytousetherevolvingmagneticfieldproducedbythearmaturecurrentaswellasthemagneticfieldbythepermanentmagnets.Astheresult,thismotorhashighstartingtorqueaswellashighsynchronoustorque.Italsohashighdegreeofefficiencyatsynchronousoperation[2].Fig.1Motorstructure.B.TorqueCharacteristicsThemotorstartsastheinductionmotorandacceleratestonearsynchronousspeed.Thetorqueatasynchronousspeedisgivenby(1)P:NumberofpolesV1:Inputvoltagef:Frequency,s:Slipr1:Primaryresistancer’2:Secondaryresistanceseenfromtheprimarysidex1:Primaryleakagereactancex’2:SecondaryleakagereactanceseenfromtheprimarysideAtaroundthesynchronousspeed,therotorissynchronizedbythepull-intorqueandthemotoroperatesasthesynchronousmotor.Thesynchronoustorqueisconstitutesofmagnettorqueandreluctancetorque.Itisgivenby(2)P:Numberofpolesφf:ArmaturefluxlinkagebyPMIa:Amplitudeofarmaturecurrent:PhaseangleofarmaturecurrentEvenifthemotorlosessynchronization,themotoracceleratesagainastheinductionmotortonearsynchronousspeedandsynchronized.[3].III.DESIGNANDBASICCHARACTERISTICSA.DesignParameterThedesignanalysisiscarriedout.Figure.2shows2D-FEMmodeloftheproposedself-starttypePMSM.Table1showstheresultantdesignparameters.Theratedoutputpoweris2.2kW,theratedvoltage200V,andthesynchronousspeed1800rpm.Statorwindingsaredistributedandfractionalpitchwindings;thenumberofslotsis36andthenumberofslotsperpoleperphasesis3.Numberofrotorslotsis28.Fig.22Danalysismodel.Table.1DesignParameterOutputpower2.2kWNumberofpoles4Voltage200VFrequency60HzRatedspeed1800rpmStatordiameter157mmRotordiameter99.4mmShaftdiameter32mmMotorlength90mmAirgap0.3mmNumberofslots/pole/phase3Numberofslots36Coilpitch8/9ConnectionYFig.3Magnetparameters.B.Torque-speedCharacteristicsTheeffectofvaryingthepermanentmagnetdimensionsonthetorquecharacteristicsisinvestigated.Inputvoltageis200V.ThedesignparametersareangleandheighthmofthepermanentmagnetasshowninFigure3.Figure4showsthesimulatedtorque-speedcharacteristics.Theblackdottedlineisthetorque-speedcharacteristicsofasamesizedinductionmotor.Itisshownthattheself-starttypePMSMhavethesameasynchronouscharacteristicsastheinductionmotorandithasnotonlyhighstartingtorquebutalsohighsynchronoustorque.Thesynchronoustorqueincreaseswithincreasingandhm,butthetorqueforstartandaccelerationdecrease.Thetorqueoftheself-starttypePMSMhasadentpointatslipof0.9owingtothepermanentmagnetflux.Fig.4Torque-speedcharacteristics.C.EfficiencyCharacteristicsTable2showstheefficiencycharacteristicsofthemotordescribedabove.Theefficiencyiscalculatedby（3）P:OutputpowerPc:CopperlossPi:IronlossTheefficiencyisassumedunderthedirectaxiscurrentid=0control.Thequadratureaxiscurrentiqisgivensothattheratedtorqueof11.71N-mareobtainedatsynchronousspeed.Increasingontheconditionofconstanthmorincreasinghmontheconditionofconstantdecreasethearmaturecurrentandimprovestheefficiency.Forthedesign,hightorquefromstarttosynchronousspeedandhighefficiencyatsynchronousspeedarerequired.Finally,weselectthe40degforand4mmforhm.Table.2EfficiencyCharacteristicsTorque[N/m]Current[A]Efficiency[%]40deg/3mm11.719.8788.840deg/4mm11.709.43889.650deg/2mm11.748.8690.6IV.MOTIONCHARACTERISTICSA.EquationofMotionThedynamiccharacteristicsaresimulatedfromstarttosynchronousspeed.Equationofmotionofthedrivesystemisshownasfollow.(1)J:MomentofinertiaJload:Momentofinertiaofloadβ:Angularaccelerationλ:Attenuationcoefficientω:AngularspeedTem:TorqueofthemotorTload:TorqueoftheloadTheformulaofthemomentofinertiaisshownasfollow.(2)W:RotorweightD:Outsidediameterd:InsidediameterB.MotionCharacteristicsunderPumpLoadFigure5showsspeed-timecharacteristicsandFigure6showstorque-speedcharacteristicsobtainedbythedynamicsimulation.Themotorisselectedforthesimulationwhosemagnetangleis40deg.andmagnetheighthmis4mm.Theinputvoltageis200V.Apumpisassumedfortheloadwhoseloadtorqueincreaseswithsquareofthespeed,andtheratedloadtorqueatthesynchronousspeedis10N-m.Itisshownthattheself-starttypePMSMmovesastheinductionmotorfromstarttonearsynchronousspeed.Ittakesabout0.35secondtobethesynchronousspeed.Thetorquepulsatesremarkablyinconsequenceofthepermanentmagnet.Fig.5Speed-timecharacteristics.Fig.6Torque-speedcharacteristics.Thespeed-timecharacteristicsfordifferentvaluesoftheloadtorquesareshowninFigure7.Theloadtorqueisvariedfrom5to20N-m.Table3showstheefficiencycharacteristicsofthem.Therearenobigdifferencesamongthematlowspeedregion.However,itcannotbedrivenatsynchronousspeedaboveloadtorqueof20N-m.Thisisthelimitoftheloadtorqueforthismotor.Theefficiencyisthehighestatloadtorqueof10N-m.Itisthelowestat19N-m,becausethecopperlossbecomeslarge.Fig.7Speed-timecharacteristics.Table.3EfficiencycharacteristicsLoadTorque[N-m]Current[A]Primarycopperloss[W]Ironloss[W]Output[W]Efficiency[%]54.2435.0128.5938.784.2107.34105.0149.61886.887.41511.9274.9173.82829.385.71918.1637.9184.93570.180.7Themotionisaffectedbytheloadinertia.Themotioncharacteristicsisalsosimulatedfordifferentvalueofthemomentofinertiaoftheloadconsidering.Figure8showslimitingconditionfordrive.Theloadcanbedriveninthelowerpartofthecurvearea.Figure9showstorque-speedcharacteristicsattheloadtorqueof10N-mandthemomentofinertiaof0.08kg-m2.Itisshownthatthetorquegreatlypulsates,buttheaveragetorqueisproducedadequatetodrivethepump.C.EffectofLoadCharacteristicsThecharacteristicsunderanotherloadconditionsarecompared;constanttorquecharacteristics,forexamples,forcraneapplicationsandconstantpowecharacteristics,forexamples,forcarapplications.Figure10illustratestheloadcharacteristics,where100%oftheloadtorqueis10N-m.Weanalyzedthedynamiccharacteristicsfromstarttosynchronousspeedunderthreeloadcharacteristics.Figure11showsthespeed-timecharacteristics.Sincethemotorisrequiredalwayslargetorqueundertheconstantloadtorque,ittakeslongtimetobethesynchronousspeed.Thetimetobethesynchronousspeedisshortestunderthisconstantpowerload.V.CONCLUSIONAnovelself-starttypePMSMwasproposedanddesigned.Ithadhighstartingtorqueandhighsynchronoustorque.Itwasconfirmedbythedynamicsimulationthatitmovedfromstarttosynchronousspeedsmoothly.Theexperimentalresultswillbepresentedinthenearfuture.Fig.8LimitingconditionfordriveFig.9Torque-speedcharacteristics.Fig.10Loadcharacteristics.Fig.11Speed-timecharacteristics.VI.REFERENCES[1]TsuyoshiHiguchi,TakashiAbe,YasuhiroMiyamoto,MotomichiOhtoandTomoakiEgawa.“CharacteristicsAnalysisofaNovelSelf-StartTypePermanentMagnetSynchronousMotor”2011IEEJRM-11-104No.55.[2]T.Higuchi,T.Abe,Y.Miyamoto,M.OhtoandT.Egawa,“Characteristicsanalysisofanovelself-starttypepermanentmagnetsynchronousmotor,”2011IEEJThePaperofTechnicalMeetingonRotatingMachinery,RM-11-104No.55.[3]T.Higuchi,T.Abe,Y.Miyamoto,M.OhtoandT.Egawa,‘‘RotorDesignofaNovelSelf-StartTypePermanentMagnetSynchronousMotor’’ElectricalMachinesandSystems(ICEMS),201215thInternationalConferenceonp.6401988,2012.

中文譯文一種新型的運動特性自啟動型永磁同步電機S.有川，T樋口，橫井Y.，T安倍晉三，Y.宮本，和M.Ohto日本長崎大學研究生院，1-14工程文教，長崎852-8521，日本安川電機株式會社，西宮井至，福岡行橋市824-8511，2月13日最近，一種永久磁鐵型同步電動機已廣泛用于工業(yè)中。在論文中，我們提出了一個新穎的自啟動型鼠籠永磁同步電機。電動機被設計用于高扭矩和高效率中。對電動機的轉(zhuǎn)動特性進行了模擬。據(jù)證實，所述電機工作從開始到同步速度令人滿意。I.I緒論在本文中，我們提出了一個自啟動型永磁同步電機（PMSM）。它運行在一個結(jié)合了永久磁鐵同步電動機基本原理的鼠籠式感應電動機中[1]。偶數(shù)編號具有相同的極性的永久磁鐵粘貼在轉(zhuǎn)子鐵心的表面上。通過獨特的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，電機是能夠獲得高起動轉(zhuǎn)矩的感應電動機。電機不需要檢測轉(zhuǎn)子位置，并且可以根據(jù)開環(huán)控制驅(qū)動。此外，如果遇到突然拔出，電機則是可以再次旋轉(zhuǎn)的感應式電機。在本文中，我們設計了轉(zhuǎn)子的永久磁鐵，并通過使用有限元法（FEM）的軟件模擬從開始到同步速度的運動特性。II新型自啟動型永磁同步電機A.電機工程圖1顯示了本文所提出的自啟動型永磁同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。它有一個轉(zhuǎn)子組合的同步電動機的鼠籠式感應電動機。它是有4個磁極的電機，但有兩個相同極性的磁體。磁體被卡在轉(zhuǎn)子鐵心的表面上，并在轉(zhuǎn)子鐵心的表面上有相對寬的剩余部分可用于在鼠籠式部分。在磁鐵兩側(cè)上的的永磁體相對寬鼠籠條是防止磁通量的泄漏。這些結(jié)構(gòu)能夠有效地利用由電樞電流以及由所述永久磁鐵的磁場產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。其結(jié)果是，該電動機具有高起動轉(zhuǎn)矩以及高同步扭矩。它的同步操作的效率很高[2]。圖1電機結(jié)構(gòu)B.轉(zhuǎn)矩特性電機開始作為一個感應電機，它會加速到接近同步轉(zhuǎn)速。電機的異步速度轉(zhuǎn)矩由下式給出(1)式中，P:極數(shù)，V1:輸入電壓，f:頻率，s:滑，r1:初級電阻，r2:從初級側(cè)看到第二電阻，x1:主漏抗，x2:從初級側(cè)看到二次漏抗在同步速度附近，轉(zhuǎn)子被牽入轉(zhuǎn)矩同步，電機操作為同步電動機。電機的同步電磁轉(zhuǎn)矩是由磁鐵轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩構(gòu)成。它由下式給出（2）式中，P:級數(shù)φf:電樞磁鏈Ia:電樞電流:電樞電流的相位角即使電機失去同步時，電動機作為感應電動機再次加速接近同步速度和同步轉(zhuǎn)矩[3]。III.設計及基本特性參數(shù)設計對電機進行設計分析。圖2顯示了該自啟動型永磁同步電動機的二維有限元模型。表1則顯示出了所得到的設計參數(shù)。電動機的額定輸出功率為2.2kW，額定電壓為200V，以及它的同步速度為1800rpm。定子繞組分布及繞組節(jié)距;實際的定子槽數(shù)目是36并且每極每相的槽數(shù)是3，轉(zhuǎn)子槽數(shù)是28。圖2二維分析模型表1永磁同步電機的設計參數(shù)輸出功率2.2kW級數(shù)4電壓200V頻率60Hz額定轉(zhuǎn)速1800rpm定子直徑157mm轉(zhuǎn)子直徑99.4mm軸徑32mm電機長度90mm氣隙0.3mm槽數(shù)量/極點/相位3槽數(shù)量36線圈間距8/9連接方式Y(jié)圖3永磁體參數(shù)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性對影響轉(zhuǎn)矩特性變化的永磁體的尺寸進行了研究。輸入電壓為200V。設計參數(shù)為功角和永磁體的磁化長度hm，如