永磁无刷直流电动机的磁场分析及动态仿真
钱强，王淑红，熊光煜
（太原理工大学电气与动力工程学院，太原030024）
摘要：通过MAXWELL软件，对磁性槽楔无刷直流电机和Halbach磁体结构无刷直流电机在相同载荷情况下进行磁场分析和动态的仿真比较，分析得出了磁性槽楔结构和Halbach磁体结构的优点。
关键词：无刷直流电机；磁性槽楔；Halbach磁体结构；转矩波动；MAXWELL
中圈分类号：TM36 +1; TM351 文献标志码：A 文章编号：1001-6848( 2010) 02-0041-03
O引 言
齿槽转矩的存在影响了无刷直流电机在速度控制系统中的低速性能。采用磁性槽楔可以使气隙磁场波形更趋于矩形波，减小气隙磁阻的变化，削弱磁阻转矩，进而减小齿槽转矩波动。
Halbach阵列是将径向与切向阵列结合在一起的一种新型磁性结构。可使一边的磁场增强而另一边的磁场减弱。永磁体采用Halbach阵列排列方式后，不仅可增强电机气隙磁通，而且可减弱转子轭部磁通，对缩小电机体积和捉高力能密度非常有利[1-3]。
1 电机电磁场分析
1.1建立模型和设定材料
本文以一台12槽，7对极的4相外转子无刷直流电机为例，用MAXWELL分别建立常规结构电机、磁性槽楔结构电机和Halbach磁体结构模型，并设定模型材料，如图l所示
1.2计算结果
1)电机磁力线分布
如图2所示：采用Halbach磁体结构后，减小了涡流损耗，具有自屏蔽作用。
2)电机磁密分布
如图3所示：常规电机的气隙磁密为0. 283 T，磁性槽楔的电机的气隙磁密为0. 312 T，Halbach磁体结构电机的气隙磁密为0. 34 T，很明显Hal-bach磁体结构电机的气隙磁密****。
3)转矩曲线
如图4所示：永磁无刷直流电机采用磁性槽楔后，转矩波动得到很大改善，但力矩减小了。
4)转速曲线
如图5所示：永磁无刷直流电机采用磁性槽楔后，转速比常规结构电机和Halbach磁体结构电机平滑许多，但转速有所减小。
2结论
1)磁性槽楔减少了定子槽开口的影响，使定子和转子间的气隙磁导分布更加均匀，从而减少由于齿槽效应而引起的转矩波动，电机的振动和噪声也会减小，但是电机力矩、速度有所减小。
2) Halbach磁体结构电机的气隙磁密****，使得电机的转矩密度提高，其自屏蔽作用既减小了铁耗，又减小了电机转子铁轭的厚度，因此相同容量下可以降低电机的体积和重量。
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