永磁無刷直流電動機的磁場分析及動態仿真
錢強，王淑紅，熊光煜
（太原理工大學電氣與動力工程學院，太原030024）
摘要：通過MAXWELL軟件，對磁性槽楔無刷直流電機和Halbach磁體結構無刷直流電機在相同載荷情況下進行磁場分析和動態的仿真比較，分析得出了磁性槽楔結構和Halbach磁體結構的優點。
關鍵詞：無刷直流電機；磁性槽楔；Halbach磁體結構；轉矩波動；MAXWELL
中圈分類號：TM36 +1; TM351 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848( 2010) 02-0041-03
O引 言
齒槽轉矩的存在影響了無刷直流電機在速度控制系統中的低速性能。采用磁性槽楔可以使氣隙磁場波形更趨于矩形波，減小氣隙磁阻的變化，削弱磁阻轉矩，進而減小齒槽轉矩波動。
Halbach陣列是將徑向與切向陣列結合在一起的一種新型磁性結構。可使一邊的磁場增強而另一邊的磁場減弱。永磁體采用Halbach陣列排列方式后，不僅可增強電機氣隙磁通，而且可減弱轉子軛部磁通，對縮小電機體積和捉高力能密度非常有利[1-3]。
1 電機電磁場分析
1.1建立模型和設定材料
本文以一臺12槽，7對極的4相外轉子無刷直流電機為例，用MAXWELL分別建立常規結構電機、磁性槽楔結構電機和Halbach磁體結構模型，并設定模型材料，如圖l所示
1.2計算結果
1)電機磁力線分布
如圖2所示：采用Halbach磁體結構后，減小了渦流損耗，具有自屏蔽作用。
2)電機磁密分布
如圖3所示：常規電機的氣隙磁密為0. 283 T，磁性槽楔的電機的氣隙磁密為0. 312 T，Halbach磁體結構電機的氣隙磁密為0. 34 T，很明顯Hal-bach磁體結構電機的氣隙磁密****。
3)轉矩曲線
如圖4所示：永磁無刷直流電機采用磁性槽楔后，轉矩波動得到很大改善，但力矩減小了。
4)轉速曲線
如圖5所示：永磁無刷直流電機采用磁性槽楔后，轉速比常規結構電機和Halbach磁體結構電機平滑許多，但轉速有所減小。
2結論
1)磁性槽楔減少了定子槽開口的影響，使定子和轉子間的氣隙磁導分布更加均勻，從而減少由于齒槽效應而引起的轉矩波動，電機的振動和噪聲也會減小，但是電機力矩、速度有所減小。
2) Halbach磁體結構電機的氣隙磁密****，使得電機的轉矩密度提高，其自屏蔽作用既減小了鐵耗，又減小了電機轉子鐵軛的厚度，因此相同容量下可以降低電機的體積和重量。
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