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摘 要：随着科学技术的发展，特种车辆应用的范围越来越广。而特种车辆的作业能力和专业的功能主要受到永磁同步电动机的影响，永磁同步电动机的体积小，质量轻，可靠性高，能够有效提升特种车辆的性能。因此，研究特种车辆永磁同步电动机的工程设计方法就显得十分必要。本文从特种车辆永磁同步电动机的基本设计要求、设计流程出发，简要介绍了它工程设计的过程，为特种车辆的发展提供了技术参考依据。
关键词：特种车辆；永磁同步电动机；工程设计
特种车辆是指具有专用功能，载有专用设备的车辆，它与普通车辆不同，具有专项作业的能力。近年来，随着我国经济的发展，特种车辆的品种和数量也在不断增多。虽然取得了较大进步，但是与发达国家相比，还具有一定的差距。尤其是在建筑、采矿、石油工业等行业对特种车辆的需求不断增加的情况下，更需要提升它的专业功能水平与技术含量。永磁同步电动机的设计对特种车辆性能的提升起着重要的作用，因此，对其工程设计方法进行研究是必然的趋势。
1 特种车辆永磁同步电动机的工程设计要求
一般来说，军用领域的特种车辆永磁同步电动机的工作温度比较高，对永磁体和绕组的性能要求也比较高。而运用在石油工业中的特种车辆永磁同步电动机的工作温度相对较低，一般采用钕铁硼永磁体，它的价格偏低，工作温度较低，并且磁性能较高，选用的绝缘材料的绝缘等级相对较低，电机转子的机械强度必须符合相关的要求。
其次，在设计时，要尽量提升特种车辆永磁同步电动机的工作效率。对于负载变化不大的电动机，可以将功率因数设计得相对高一些，而如果电动机的负载变化较大时，功率因数不能太高。
再次，要选择合理的电机磁路结构，以提高特种车辆永磁电动机的起动性能。在设计时，可以通过减少槽口宽等方法来减小齿槽转矩，从而减小电机的起动阻力矩。另外，可以适当调整电机的转动惯量和输出转矩，来改善电机的动态性能。
2 特种车辆永磁同步电动机的设计结构及参数的选择
2.1 电机结构的选择
永磁同步电动机根据结构划分，可以分为外转子型和内转子型，我们通常所说的永磁同步电动机就属于内转子型。它的常用结构分为表面式和内置式。表面式转子的结构如下图所示。它的结构决定了它的漏磁系数比较大，凸极率较小，电机功率密度较小，并且转子机械强度也较小。
内置式转子的永磁同步电动机在永磁体的表面安置了极靴，在极靴中可以放置铜条笼或者铸铝笼，它的稳态和动态的性能都较好，具体的结构如图2所示。
内置式转子的结构设计与表面式转子相比更加复杂，耗费的成本也比较高，但是这类结构的优势在于，能够增加电动机的磁阻转矩、功率密度、过载倍数以及调速范围。并且它的体积比较小，输出功率大，动态性能比较稳定。因此，可以选择内置式转子。但是该结构的漏磁系数也比较大，可能需要使用隔磁磁桥，而隔磁磁桥的长度和宽度会影响转子的机械强度和隔磁的效果，需要根据实际情况进行合理的选择。
2.2 绕组、极数以及槽数的设计
绕组是永磁同步电动机的重要组成部分，它能够维持电机运行的可靠性，并且实现能量的转换，还对电机的用铜量和工作效率起到直接的影响。考虑到电动势谐波和磁动势谐波的影响，可以选择星形连接的双层短距叠绕组，它能减小电机的杂散损耗和铜耗，由于它的端部形状排列比较整齐，还有利于散热和增加机械强度。
电机没极没相槽数的计算公式为：，其中Q表示定子槽數，m表示相数，p表示极对数。
当定转子在一个齿距内发生变化时，齿槽的转矩就会呈现周期性变化，而它的变化周期主要受到极数和槽数的共同影响。周期数越大，则齿槽转矩的幅度值就越小，具体来说，就是齿槽的转矩周期等于极数、槽数和极数最大公约数的比值。因此，需要根据具体的情况合理地选择电机的极数和槽数，从而削弱电机的齿槽转矩。
2.3 永磁体尺寸的选择
永磁体的尺寸对永磁同步电动机的设计也起着至关重要的作用。对它的尺寸选择主要是选择其轴向长度、轴向宽度以及磁化方向的长度。磁化方向的长度直接关系到电动机的输出转矩、过载能力以及调速的范围。长度不能太短，否则会降低电动机的稳定性和可靠性。在选择时，要保证其处于最佳的工作点，这样就能够提高电机的工作效率，同时可以增大电机的功率密度。另外，还需要考虑电动机的负荷，如果负荷较大，则要适当增大其长度。最后，再根据实际的情况确定电动机的轴向长度和宽度。
3 特种车辆永磁同步电动机的设计流程
永磁同步电动机的整个设计过程比较复杂，因此，需要明确设计的流程，按照规定的流程进行电动机的设计，能够保证其可靠性。具体的设计流程如下：
首先要明确设计的要求，根据设计要求确定电机的基本结构，基本结构中包括电机的主要尺寸、定子冲片、永磁体尺寸、转子冲片和定子绕组等，根据实际情况对这些参数进行调整，直到符合要求为止。然后要进行电动机的磁路计算和电磁参数计算，最后要计算电动机的工作特性和启动性参数，如果各个参数不能达到相关的要求，就要对电动机的基本结构进行重新设计，直到符合要求为止。
4 总结
综上所述，通过对特种车辆永磁同步电动机的设计过程的分析，明确了它的设计要求和设计流程，对其基本结构的设计也进行了简要的总结。这有助于提升特种车辆的作业能力，具有较深刻的现实意义。
参考文献
[1]郭仁.特种车辆永磁同步电动机的工程设计[D].湖南大学，2011.
[2]王江，李韬，曾启明，等.基于观测器的永磁同步电动机微分代数非线性控制[J].中国电机工程学报，2005，25（2）：87-92.
[3]任海鹏，刘丁，李洁，等.永磁同步电动机中混沌运动的延迟反馈控制[J].中国电机工程学报，2003，23（6）：175-178.
关键词：特种车辆；永磁同步电动机；工程设计
特种车辆是指具有专用功能，载有专用设备的车辆，它与普通车辆不同，具有专项作业的能力。近年来，随着我国经济的发展，特种车辆的品种和数量也在不断增多。虽然取得了较大进步，但是与发达国家相比，还具有一定的差距。尤其是在建筑、采矿、石油工业等行业对特种车辆的需求不断增加的情况下，更需要提升它的专业功能水平与技术含量。永磁同步电动机的设计对特种车辆性能的提升起着重要的作用，因此，对其工程设计方法进行研究是必然的趋势。
1 特种车辆永磁同步电动机的工程设计要求
一般来说，军用领域的特种车辆永磁同步电动机的工作温度比较高，对永磁体和绕组的性能要求也比较高。而运用在石油工业中的特种车辆永磁同步电动机的工作温度相对较低，一般采用钕铁硼永磁体，它的价格偏低，工作温度较低，并且磁性能较高，选用的绝缘材料的绝缘等级相对较低，电机转子的机械强度必须符合相关的要求。
其次，在设计时，要尽量提升特种车辆永磁同步电动机的工作效率。对于负载变化不大的电动机，可以将功率因数设计得相对高一些，而如果电动机的负载变化较大时，功率因数不能太高。
再次，要选择合理的电机磁路结构，以提高特种车辆永磁电动机的起动性能。在设计时，可以通过减少槽口宽等方法来减小齿槽转矩，从而减小电机的起动阻力矩。另外，可以适当调整电机的转动惯量和输出转矩，来改善电机的动态性能。
2 特种车辆永磁同步电动机的设计结构及参数的选择
2.1 电机结构的选择
永磁同步电动机根据结构划分，可以分为外转子型和内转子型，我们通常所说的永磁同步电动机就属于内转子型。它的常用结构分为表面式和内置式。表面式转子的结构如下图所示。它的结构决定了它的漏磁系数比较大，凸极率较小，电机功率密度较小，并且转子机械强度也较小。
内置式转子的永磁同步电动机在永磁体的表面安置了极靴，在极靴中可以放置铜条笼或者铸铝笼，它的稳态和动态的性能都较好，具体的结构如图2所示。
内置式转子的结构设计与表面式转子相比更加复杂，耗费的成本也比较高，但是这类结构的优势在于，能够增加电动机的磁阻转矩、功率密度、过载倍数以及调速范围。并且它的体积比较小，输出功率大，动态性能比较稳定。因此，可以选择内置式转子。但是该结构的漏磁系数也比较大，可能需要使用隔磁磁桥，而隔磁磁桥的长度和宽度会影响转子的机械强度和隔磁的效果，需要根据实际情况进行合理的选择。
2.2 绕组、极数以及槽数的设计
绕组是永磁同步电动机的重要组成部分，它能够维持电机运行的可靠性，并且实现能量的转换，还对电机的用铜量和工作效率起到直接的影响。考虑到电动势谐波和磁动势谐波的影响，可以选择星形连接的双层短距叠绕组，它能减小电机的杂散损耗和铜耗，由于它的端部形状排列比较整齐，还有利于散热和增加机械强度。
电机没极没相槽数的计算公式为：，其中Q表示定子槽數，m表示相数，p表示极对数。
当定转子在一个齿距内发生变化时，齿槽的转矩就会呈现周期性变化，而它的变化周期主要受到极数和槽数的共同影响。周期数越大，则齿槽转矩的幅度值就越小，具体来说，就是齿槽的转矩周期等于极数、槽数和极数最大公约数的比值。因此，需要根据具体的情况合理地选择电机的极数和槽数，从而削弱电机的齿槽转矩。
2.3 永磁体尺寸的选择
永磁体的尺寸对永磁同步电动机的设计也起着至关重要的作用。对它的尺寸选择主要是选择其轴向长度、轴向宽度以及磁化方向的长度。磁化方向的长度直接关系到电动机的输出转矩、过载能力以及调速的范围。长度不能太短，否则会降低电动机的稳定性和可靠性。在选择时，要保证其处于最佳的工作点，这样就能够提高电机的工作效率，同时可以增大电机的功率密度。另外，还需要考虑电动机的负荷，如果负荷较大，则要适当增大其长度。最后，再根据实际的情况确定电动机的轴向长度和宽度。
3 特种车辆永磁同步电动机的设计流程
永磁同步电动机的整个设计过程比较复杂，因此，需要明确设计的流程，按照规定的流程进行电动机的设计，能够保证其可靠性。具体的设计流程如下：
首先要明确设计的要求，根据设计要求确定电机的基本结构，基本结构中包括电机的主要尺寸、定子冲片、永磁体尺寸、转子冲片和定子绕组等，根据实际情况对这些参数进行调整，直到符合要求为止。然后要进行电动机的磁路计算和电磁参数计算，最后要计算电动机的工作特性和启动性参数，如果各个参数不能达到相关的要求，就要对电动机的基本结构进行重新设计，直到符合要求为止。
4 总结
综上所述，通过对特种车辆永磁同步电动机的设计过程的分析，明确了它的设计要求和设计流程，对其基本结构的设计也进行了简要的总结。这有助于提升特种车辆的作业能力，具有较深刻的现实意义。
参考文献
[1]郭仁.特种车辆永磁同步电动机的工程设计[D].湖南大学，2011.
[2]王江，李韬，曾启明，等.基于观测器的永磁同步电动机微分代数非线性控制[J].中国电机工程学报，2005，25（2）：87-92.
[3]任海鹏，刘丁，李洁，等.永磁同步电动机中混沌运动的延迟反馈控制[J].中国电机工程学报，2003，23（6）：175-178.