1 引言
随着国民经济的发展、科学技术的进步，人们对电机的性能提出了更高的要求。传统的真空泵采用异步电机驱动，其效率和功率因数相对较低，损耗较大 。调速永磁同步电动机以永磁体提供的磁通进行励磁，提高了电动机的效率和功率密度 ,电动机结构较为简单，提高了电动机运行的可靠性，相对于传统的真空泵用电机，具有更优良的调速特性以及更高的能效。在一些场合，鼠笼转子异步电动机 。本文根据真空泵的节能需要，设计了一台 40 极 75kW 转速为 105r/min 的三相调速永磁同步电动机，通过计算机辅助设计程序和有限元仿真软件，得到了三相调速永磁同步电动机的相关参数以及性能曲线，与 75kW 真空泵用异步电机相比，电机在满足技术要求的同时达到了节能环保的目的。
2 三相调速永磁同步电动机电磁计算
2.1 主要尺寸的确定
三相调速永磁电机与异步电动机的有很多相似之处，因此其主要尺寸选择可以参照感应电机的计算方法。
2.2 定子槽数及极槽配合的确定
为防止附加转矩产生的振动和噪声增加，使电机效率下降，永磁同步电动机的定子槽型采用梨形槽。为提高永磁同步电动机的多项性能，极槽配合选定为 40/48。
2.3 定子绕组的设计
为避免三次谐波在绕组各相之间产生环流，三相绕组的连接通常采用 Y 形接法。对于 180 及以上机座号的电机，通常选用双层绕组结构，并选择节距 y=5/6τ以削弱磁势及感应电动势中的 5 次、7 次谐波。在确定每相串联匝数时，通常先满足起动要求，再通过调整永磁体来满足功率因数的要求。在永磁同步电动机中，为达到高效节能，电流密度通常比同容量的感应电动机低，同时选择较少的每相串联匝数以降低电流密度。
3 三相调速永磁同步电动机电磁计算方案
对于所设计的电机，额定功率 P N =75kW，额定频率 f=50Hz，极数为 2p=40，额定转速 n N =105r/min，额定效率η≥93%，额定功率因数 cosφ N ≥0.93，过载倍数 T max *≥2.2，冷却方式采用强迫风冷，绝缘等级为 H 级。
4 空载电磁场及稳态温度场仿真
4.1 空载电磁场仿真分析
根据所得电磁计算方案在 Maxwell2D 中建立仿真模型，并进行空载下各项性能仿真，结果如下图。
通过在设计电机时采用不均匀气隙方式，使空载反电势的波形更接近于正弦波，进而降低电机的转矩脉动，反电势的相有效值为 192V。由云图（b）可见，空载气隙磁密的平均值为 0.75T 左右，且正弦度较好。
4.2 稳态温度场仿真分析
经过 Maxwell2D 计算出定转子铁耗为 550W，定子绕组损耗为 1.6kW，永磁体涡流损耗227W；将电机的定转子铁心、定子绕组、永磁体作为热源，并设置相关的材料属性，边界条件以及设置对流散热方式，设置环境温度为 22 摄氏度，机壳表面散热速率为 5W/m^3，
由于电机采用强迫风冷的散热方式，转子散热速率设为 20W/m^3。
5总结
本文设计了一台 75kW 真空泵用调速永磁同步电动机，对其进行了空载电磁场及稳态温度场仿真，由于设计指标中要求采用强迫风冷的冷却方式，故本文的热负荷取得相对较低，而过载倍数和力能指标均达到了设计目标。通过稳态温度场的仿真结果可以得到电机中的最高温升部件，并将其和电机的绝缘等级进行了校验，在温升允许范围之内。今后，如果可以采用更好的冷却方式，则电机的综合性能将会得到进一步提升。
