嵌入式永磁电机电磁特性分析

于新国 盖海峰

摘 要：本文根据混合动力汽车对其驱动电机性能指标的要求，提出了一种高效率、高功率密度、宽调速范围的嵌入式永磁同步电机。根据所建立的有限元模型分析了嵌入式永磁电机的电磁特性，主要包括空载气隙磁场分布、气隙磁密、定位力矩、空载反电势等。

关键词：嵌入式永磁电机；空载磁场；气隙磁密；定位力矩；空载反电势

本文中所讨论的电机的电磁性能（例如三相绕组磁链和反电势），都指的是正弦基波分量，而气隙磁密的分布近似为方波，并且永磁体的极弧系数对气隙磁密的基波分量也有较大影响，因此要对永磁体的基波分量作进一步分析。

通过2D有限元法对嵌入式永磁电机的电磁场进行分析和计算，获得了电机的空载磁场、气隙磁密分布、三相绕组磁链、空载反电势、定位力矩等静态特性。

1 永磁电机的计算方法

本文所采用的计算方法为有限元法，有限元法将不同介质所在区域剖分网格，生成节点和单元，运用能量最小化原理，建立矩阵方程，迭代求解就可以计算出每个矢量磁位或标量磁位，再根据麦克斯韦方程组，得到每个节点或单元的磁通密度，其求解精度较高。

2 永磁电机的空载磁场分析

有限元计算可以得到嵌入式永磁电机的空载时的磁场分布。如图1所示：

图1 嵌入式永磁电机空载磁场分布

将ANSYS软件计算所得的气隙中间部位的磁通密度的数值数据导入到excel表格中，绘制其沿圆周的变化曲线，如图2所示：