环形永磁体无刷直流电动机磁场分析及参数计算

小体积的永磁电机考虑到制造工艺及成本,其转子一般会采用多极的环形永磁体。随着家电及信息产业的发展,环形永磁体在小型永磁电机中的应用越来越广泛。通过Ansoft有限元对整数槽和分数槽环形永磁体无刷直流电动机气隙磁场波形、谐波含量进行分析,对比了与表面贴装式磁钢的区别,并利用有限元对漏磁系数、极弧系数等参数进行计算,得出相应的分析数据。     

气隙磁场波形及磁瓦充磁方式对无刷直流电动机性能的影响

对比研究了梯形（或方波）气隙磁场与正弦气隙磁场对无刷直流电动机若干性能的影响，指出在不作PWM电流调制时正弦磁场更适合于无刷直流电动机，并且在使用表面粘贴磁瓦时平行充磁优于径向（辐射）充磁。     

永磁无刷直流电动机结构对转矩脉动的影响

转矩脉动是影响永磁无刷直流电动机输出力矩稳定性和精度的主要因素之一。针对永磁无刷直流电动机结构,推导了其气隙磁密与反电势和转矩脉动的关系,分析了反电势波形对转矩脉动的影响,采用Ansys对电机永磁体的不同充磁方式和不同极弧系数条件下的气隙磁密和转矩脉动进行了仿真,得到了电机反电势波形并计算得到转矩脉动系数,对于无刷直流电动机的电磁设计具有较好的指导意义。     

基于等效磁网络模型无刷直流电动机磁场分析

针对无刷无铁心直流电动机建立了等效磁网络模型，对其气隙磁场进行分析计算，并以稀土永磁体线性化退磁曲线为分析基础，用解析法计算电机的漏磁系数。计算和实验表明，基于等效磁网络模型对电机气隙磁场进行分析，结果直观，应用方便，是一种值得推广的分析方法。     

正弦波永磁同步电机空载气隙磁场分析

用解析方法研究采用平行磁化，两侧边平行，内外圆弧不同心永磁体表面安装型的转子同就电机空载气隙磁场分布，并开发求取最佳永磁体内外圆弧偏心距的程序，以设计具有正弦波空载气隙永磁场的电机，。解析法结果和有限元法结果吻合较好。     

Halbach型磁钢的永磁电机气隙磁场解析计算

随着稀土材料价格上涨、永磁电机成本增加,合理的设计Halbach磁体结构,可充分挖掘Halbach永磁电机磁钢的潜力.分析了每极三块的Halbach磁体磁化规律,建立了Halbach型永磁电机气隙磁通密度的解析模型,该解析法计算的气隙磁场与有限元方法计算结果吻合,验证了解析模型的正确性;研究了充磁角度对气隙磁通密度的影响,结合充磁角度传统计算公式,给出了极间有间隔的Halbach磁体充磁角度的计算公式;通过解析模型分析极弧系数和极对数对Halbach永磁电机气隙磁通密度切向分量的基波幅值和波形正弦性畸变率的影响,给出不同极弧系数、充磁方式和极对数时Halbach永磁电机气隙磁场的变化规律.     

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析

Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点,将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上,给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型,通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明;使用该模型分析每极两块(1P2p)、每极三块(1P3p)Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响,对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明,合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩,当永磁体厚度增加时,Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。     

直驱轮毂式永磁无刷电动机气隙磁场解析数值法分析

解析数值结合法分析直驱式外转子分数槽表面磁钢永磁无刷电动机气隙磁场.将磁场求解范围划分为气隙区域和扩展槽区域,等效气隙区域磁场解析解得出槽区第一类边界条件,永磁体等效成面电流,用四边形等参元法计算扩展槽区域磁场分布.电机转子以固定角度转动,根据各槽磁场分布计算各相绕组磁链,拟合后对时间求导得到感应电势波形.将计算结果与实验结果比较,符合工程要求,证明了方法的正确性和有效性.     

离心血泵用无刷直流电机优化设计与分析

针对影响离心血泵用电机噪声与振动的气隙磁场和齿槽转矩，对不同极槽配合和不同永磁体充磁方式的永磁无刷直流电机进行了对比分析。首先，在满足离心血泵性能要求的前提下，对电机进行了初步设计，确定了电机的主要技术参数和尺寸。接着，借助有限元分析软件，对比分析了不同极槽配合电机的气隙磁场，对比分析了不同永磁体充磁方式电机的气隙磁场和齿槽转矩。分析结果表明，4极12槽采用平行充磁永磁体充磁方式的电机电磁特性较好，齿槽转矩较小，性能较优。最后，确定了电机的具体参数，完成了电机的优化设计。这些研究为离心血泵用电机的低噪音设计提供了一定参考。     

基于磁网络模型方波永磁电机气隙磁场的研究

对于方波无刷直流电动机来说,如何保证电机低速运行时转速的平稳是调速电机运行的难点之一,反映在设计上乃是如何有效地设计气隙磁场波形,减小定位转矩。文章针对面向气隙磁极结构的永磁电机,根据磁通管原理形成了永磁电机的等效磁网络,把细分的思想应用于永磁体模拟,建立了永磁体较为精确的网络模型,对影响方波无刷直流电动机气隙磁场及定位转矩的几个参数进行了深入探讨及磁场计算,为永磁电机的设计及动态性能仿真提供了一种有效的分析方法。     

表面电机气隙磁密的分析计算

提出了计算表面电机气隙磁通量密度分布的分析方法.建立了表面电机磁场的分析模型,给出了磁标量位的拉普拉斯方程及一系列边界条件.用分离变量法获得了永磁体在气隙中产生的磁场强度和磁通量密度的分析表达式.将分析结果与试验结果进行对比,证明了分析方法的正确性,为进行表面电机对比研究、优化设计和机械动力学建模提供了基础.     

一种抑制盘式永磁电机转矩脉动的方法

针对盘式永磁电机气隙磁密和反电动势中含有谐波、存在转矩脉动的问题,提出了一种磁极形状优化方法以降低盘式永磁电机气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率、抑制转矩脉动。 建立了盘式永磁电机的等效磁网络模型,基于此模型解析计算出电机的空载反电动势,并通过有限元法进行了仿真验证。在确定最小气隙长度前提下,对不同磁极整形方法（即不整形、圆弧削极、偏心圆弧削极）气隙磁密、反电势、转矩脉动这些电磁性能进行了比较,得出了最佳优化方案。结果表明,优化设计后,气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率明显减小,转矩脉动得到抑制。     

轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析计算

针对双定子单转子表面嵌入式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁场进行了解析研究。建立了气隙磁场的解析模型,将轴向磁通电机等效成直线电机并建立了等效面电流模型来求解空载工况下的气隙磁场。根据电磁场理论中的唯一性定理,给出了满足泊松方程的边界条件,并将分离变量法应用于泊松方程的解析解来计算电机三相定子电枢绕组作用下的气隙磁场。通过将空载下的气隙磁场与电枢绕组作用下的磁场叠加来预测电机负载工况下的气隙磁场。最后用三维有限元仿真计算结果与解析模型的计算结果相比较,证明了解析法可以有效地计算轴向磁通电机的气隙磁场,为轴向磁通永磁同步电机的解析分析和优化设计提供了基本手段。     

表面贴磁式永磁同步电动机空载气隙磁场解析计算

以气隙中一对载流线圈产生的磁场为基础,利用等效面电流法推导出了平行充磁永磁同步电动机空载时的气隙磁密的解析计算公式。在考虑齿槽效应的情况下,利用许一克变换构造了气隙相对比磁导函数,计算出了定子开槽时空载气隙磁密分布。磁场解析计算结果与二维有限元计算结果对比,其计算波形和大小吻合很好,证明此方法是正确可靠的。同时解析法在计算机上容易实现,为永磁同步电动机的优化设计和性能分析提供了基本的分析手段。     

液质悬浮式三自由度电机电磁特性的计算分析

针对传统电机机械轴承所带来的摩擦损耗问题,提出一种新型液质悬浮式的三自由度电机,该电机引入液质流体可实现悬浮运动。详细阐述了该新型电机的工作原理及电磁特性,采用三维有限元软件对电机进行建模仿真,给出在平行充磁条件下单个磁极的磁通密度的三维曲面分布图,并从解析角度建立了电机磁密的数学方程,进而结合电机结构及磁通管原理,建立了球坐标系下的三维磁网络模型,获取了气隙磁场的磁密值与转矩值,得到了转矩在不同位置角下的变化情况,分析得到电机的输出性能。最后对样机进行测试并将实验结果与上述两类方法进行对比,验证了等效磁网络法建模的合理性。     

磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究

为了满足机械强度要求,高速永磁电机通常采用径向磁通结构。随着非晶合金等新型超薄软磁材料的发展,高速高频轴向磁通永磁电机逐步引起关注。为此,针对一种适合于高速运行的磁极分段式轴向磁通永磁电机转子结构进行研究。建立了该转子结构强度解析计算模型,分别利用解析法和有限元法计算了不同极弧因数、转子轮缘宽度以及转子磁极分段数对转子机械强度的影响规律。同时研究了磁极分段式结构对轴向磁通永磁电机气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩和转矩密度等电磁性能的影响。结果证明采用磁极分段式结构能有效提高转子强度,相关研究工作为高速轴向磁通永磁电机的设计提供参考。     

极靴式永磁同步电机径向气隙磁密分析

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差,加工复杂结构的永磁钢导致电机成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装极靴的新型磁极结构。以标量磁位法为基础,建立了加装极靴后的空载径向气隙磁密解析模型,以一台18极54槽外转子永磁电机为例,通过有限元法验证了解析模型的正确性。此外,基于解析模型研究极靴结构参数对径向气隙磁密的影响规律,获得最优参数匹配。结果表明,加装极靴的永磁同步电机径向磁密幅值和波形正弦化程度明显提高。     

分数槽永磁同步直线电机空载气隙磁密解析

以分数槽永磁同步直线电机(FPMSLM)为研究对象,利用解析法推导其空载气隙磁场解析式,并用有限元法进行验证。推导了FPMSLM定转子整体耦合长度下的空载气隙磁场解析式。以2台分数槽永磁同步单元电机为例,同时用解析法和有限元法对其定转子不同相对位置下的空载气隙磁场进行计算,2种方法得出的空载气隙磁密波形具有良好的吻合性,验证了解析法计算FPMSLM空载气隙磁场的可行性,并为FPMSLM空载气隙磁场的优化提供理论支持。     

永磁体形状对可变磁通记忆电机调磁参数影响

采用有限元方法对不同永磁体截面形状的可变磁通记忆电机空载和直轴去磁磁场分布进行了分析,详细描述了转子内的旁路磁通和零磁通密度区域的变化情况.在此基础上,研究了永磁体形状改变对每极最大气隙磁通、气隙磁通密度、永磁体中心线上的磁通密度以及最大去磁安匝数等调磁参数的影响.结果表明合理选择永磁体形状可以显著提高永磁体的利用率;永磁体形状系数小于约0.6时,容易实现对永磁体有效去磁,而永磁体截面形状接近矩形时则应该将整个永磁体工作点去磁到拐点以下才能保证去磁效果.该成果有助于此类电机的合理设计和控制.     

惯性动量轮电机磁极结构对转矩脉动的影响

驱动电机的转矩脉动是影响惯性动量飞轮输出力矩精度和稳定性的主要因素之一。该文针对无刷直流电机结构,推导了电机气隙磁密与反电势和转矩脉动的关系,分析了电机反电势波形对转矩脉动的影响,并用有限元方法对电机磁极不同充磁方式、极对数和极弧系数下的气隙磁密波形及转矩脉动的影响进行了仿真,通过实验得到了电机反电势波形并计算得到转矩脉动系数,验证了仿真结果的正确性。