电机的二维有限元模型如图4所示，电机的一些主要尺寸如表1所示，转子采用嵌入式V型磁钢，平行充磁。
表1 180w单性异步起动永磁同步电机主要尺寸
Table1.Main dimensions of 180w LSPM
定子外径（mm） 定子内径（mm） 转子外径（mm） 转子内径（mm） 轴向长度（mm）
110 60.2 59.5 17 3.电机二维瞬态场计算
3.1 二维瞬态场模型
根据麦克斯韦方程的微分形式[5]
×v ×A
t
固定在电机模型某一部分使速度v为0，固定在自身坐标系，偏时间导数变成A的全时间导数，
- 3 -
=Js σ
A
σ v+ ×Hc+σv× ×A
(12)
本文结合了有限元分析方法阐述了如何优化单相异步起动永磁同步电机的绕组结构,这包括主副绕组匝比的确定及副绕组上串联的电容值的选择,它是建立在已大概确定绕组匝比及电容的情况下再对这两项进行进一步的优化,单相异步起动永磁同步电机的绕组结构对能否行成圆形磁场至关重
因而电机运动方程变为：
×v ×A=Js σ
式中 Js—电流密度；
A t
σ v+ ×Hc (13)
Hc—永磁体的矫顽力；
v—电机运动的速度；
A—磁矢量。
从而在每一时间段有限元模型每一点都可获得。
3.2 有限元仿真计算
1）保持电容值C=6μF不变，副主绕组的匝数比Wa
6所示。
I(A)
m
变化，利用有限元仿真结果如图5、
9085Angle(degree)
807570656055
图5 匝比—电流曲线 Fig.5. Turns ratio-current curve
Wa/Wm
Wa/Wm
图6 匝比—主副绕组电流夹角曲线
Fig.6.Turns ratio-two current phase
angle difference curve
2）副主绕组匝比Wa
m
=1.6、电容值C=6μF不变，成比例适当加大绕组匝数，利用有限元
仿真结果如图7、8所示：
I(A)
94
9290Angle(degree)
888684828078
Wm
Wa
图7 主绕组匝数—电流曲线
Fig.7. Main phase turns-current curve
图8 主绕组匝数—主副绕组电流间夹角曲线 Fig.8. Main phase turns-two current phase
angle difference curve
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本文结合了有限元分析方法阐述了如何优化单相异步起动永磁同步电机的绕组结构,这包括主副绕组匝比的确定及副绕组上串联的电容值的选择,它是建立在已大概确定绕组匝比及电容的情况下再对这两项进行进一步的优化,单相异步起动永磁同步电机的绕组结构对能否行成圆形磁场至关重
3）保持副主绕组匝比Wa
所示。
I(A)
m
=1.6不变，改变电容值C的大小，利用有限元仿真如图9、10
89.689.489.2Angle(degree)
89.088.888.688.488.288.0
C(uF)
图9 电容—电流曲线
Fig.9. capacitor value-current curve
C(uF)
图10 电容—主副绕组电流夹角曲线
Fig.10. capacitor turns-two current phase
angle difference curve
4.实验
图11为带载0.3Nm时实验结果(红线为副绕组，蓝线为主绕组)，由于是在非额定负载
下工作，所以主副绕组间的夹角较小，而并非90。图12 (黑线为副绕组，红线为主绕组)为仿真结果，经过比较，仿真结果与实验结果基本吻合。
i/A
图12 主副绕组电流—时间曲线
Fig.12.two currents-time curve
图11 主副绕组电流—时间曲线
Fig.11.two currents-time curve
5. 结论
由实验及仿真结果可得结论如下：
(1)随着副主绕组匝比的减小，主副绕组电流逐渐减小，因此，在保证电流比等于匝比的倒数的情况下，应尽量减小匝比(一般应大于1)。
(2)在一定范围内变化主副绕组的匝数也可以使得主副绕组电流比接近于副主绕组匝数比而主副绕组电流间的相角差基本不改变。
(3)在副主绕组匝比不变的情况下，适当的调节电容值可以使主副绕组电流之间的相位保持不变的情况下，使得电流比接近于匝数比的倒数，从而减小负序磁场。
综上，结合有限元进行绕组结构优化简单，方便，有效。
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本文结合了有限元分析方法阐述了如何优化单相异步起动永磁同步电机的绕组结构,这包括主副绕组匝比的确定及副绕组上串联的电容值的选择,它是建立在已大概确定绕组匝比及电容的情况下再对这两项进行进一步的优化,单相异步起动永磁同步电机的绕组结构对能否行成圆形磁场至关重
参考文献
[1] 李新华，王家定，周克定.钕铁硼永磁单相同步电动机的研制［J］， 微特电机1996.6：10-12。 [2] Jie Zhou, King-Jet Tseng. Performance Analysis of Single-Phase Line-Start Permanent-Magnet Synchronous
Motor［J］. IEEE Trans on Energy Conversion. 2002.17(4): pp.453-461。
[3] 李德成等.单相异步电动机原理﹑设计与试验［M］，北京： 科学出版社 1993。 [4] 唐任远.现代永磁电机理论与设计［M］，北京： 机械工业出版社1998。
[5] 刘国强、赵凌志.Ansoft工程电磁场有限元分析［M］，北京： 电子工业出版社，2005.8。
Single phase LSPM winding structure optimized
based on Ansoft
Shang Jing，Zhang Shufang
Harbin Institute of Technology，Department of Electric Engineering，Harbin ,150001
Abstract
This paper describes how to optimize the winding structure of LSPM with FEM, which includes the determination of turns ratio of the main and auxiliary windings, and the selection of capacitor. The motor can be optimized on the ground of the rough value of the windings ratio and the capacitor. The winding structure of the LSPM motor is very essential to form circular field, which is also of great importance in the study of the LSPM motor.
Key words: synchronizing motor; single phase; permanent motor; transient field; FEM
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