永磁無刷直流電動機的磁場分析及動態(tài)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(jié)構(gòu)無刷直流電機在相同載荷情況下進行磁場分析和動態(tài)的仿真比較，分析得出了磁性槽楔結(jié)構(gòu)和Halbach磁體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。
關鍵詞：無刷直流電機；磁性槽楔；Halbach磁體結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的存在影響了無刷直流電機在速度控制系統(tǒng)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(zhuǎn)矩，進而減小齒槽轉(zhuǎn)矩波動。
Halbach陣列是將徑向與切向陣列結(jié)合在一起的一種新型磁性結(jié)構(gòu)�？墒挂贿叺拇艌鲈鰪姸硪贿叺拇艌鰷p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(zhuǎn)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(zhuǎn)子無刷直流電機為例，用MAXWELL分別建立常規(guī)結(jié)構(gòu)電機、磁性槽楔結(jié)構(gòu)電機和Halbach磁體結(jié)構(gòu)模型，并設定模型材料，如圖l所示
1.2計算結(jié)果
1)電機磁力線分布
如圖2所示：采用Halbach磁體結(jié)構(gòu)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(guī)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(jié)構(gòu)電機的氣隙磁密為0. 34 T，很明顯Hal-bach磁體結(jié)構(gòu)電機的氣隙磁密****。
3)轉(zhuǎn)矩曲線
如圖4所示：永磁無刷直流電機采用磁性槽楔后，轉(zhuǎn)矩波動得到很大改善，但力矩減小了。
4)轉(zhuǎn)速曲線
如圖5所示：永磁無刷直流電機采用磁性槽楔后，轉(zhuǎn)速比常規(guī)結(jié)構(gòu)電機和Halbach磁體結(jié)構(gòu)電機平滑許多，但轉(zhuǎn)速有所減小。
2結(jié)論
1)磁性槽楔減少了定子槽開口的影響，使定子和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)電機的氣隙磁密****，使得電機的轉(zhuǎn)矩密度提高，其自屏蔽作用既減小了鐵耗，又減小了電機轉(zhuǎn)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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