永磁电机气隙磁密大小对电机性能的影响
分析永磁伺服电机转子偏心对于电机性能的影响
分析永磁伺服电机转子偏心对于电机性能的影响摘要:在一般的情况下，电机偏心通常分为静态偏心与动态偏心。
由于定子或者转子安装不正确等产生静态偏心，而动态偏心是由转子轴弯曲等产生的动态偏心，因为气隙的分布不均，永磁体作用在气隙的磁动势能不同、整个气隙圆周周长是气隙磁导变化的周期，所以肯定会影响气隙磁密的大小以及气隙内部的谐波磁场，这样不但会导致磁场转矩的变化，还会影响电机性能的损耗。
下面的文章简述了永磁伺服电机转子偏心与对于电机性能的影响关键词：动态偏心与静态偏心；有限元计算；永磁伺服电机引言：在近代工业生产中，永磁伺服电机拥有着高效、高功率等特点，但由于在实际的生产过程当中，装配与价格工艺的局限性，导致了转子的轴线不能够完全进行重合与气隙分布不均等问题的发生，因此带来了噪声、转子损耗、转矩脉动的不良影响。
1永磁伺服分析模型建立1.1永磁伺服电机的结构以下文章将以卷烟自动化设备永磁伺服电机为例，着重对于电机偏心给电机性能产生的影响进行有效的分析。
卷烟自动化设备永磁伺服电机表面是采取贴磁的结构形式，通常在转子永磁机外边界往往采取护套进行固定，是转子表面贴磁的必要做法，一般会使用不锈钢与碳纤维的材质作为护套材料。
因为不锈钢在在导热性能与机械强度方面具有良好的优势，以下本文将阐述永磁体采取使用不锈钢作为护套的结构。
除此之外，为了很好的减少转子涡流损耗，有效的降低电机气隙内的谐波分量，使用电机定子要采用双层短距绕组。
1.2关于永磁伺服电机的有限元计算依据永磁伺服电机的机构来说，进一步构建了电机二维电磁场，为更好的使电磁场进行有限元的计算，可以做如下的假设：1；因为铁心较为细长，所以电机内部的电磁场沿轴变化较小，与此同时对于电机端部漏磁进行忽略，利用二维瞬态场分析，向量磁位Z轴的分量是零；2；各向同性的材料；3；因材料的磁导率均匀并且不计磁导率随温度进行变化；4；忽视位移电流造成的影响。
依据电磁场理论在上面的假设条件下，使用向量磁位A，对于电机的瞬态电磁场进行描述，并给予对应的边界条件，便能够得到电机二位瞬态电磁场边值方程式:2转子偏心对于磁场造成的影响大多数的学者对永磁电机的与分析都是在于定转子轴线重合状态下进行研究的，电机的其中气隙也是均匀分布的，如果永磁伺服电机转子偏心时，不管是电机出现动态或静态偏心，都会造成电机气隙的长度进行改变，让电机内部气隙分布不均。
永磁牵引电机不同转子结构对电机性能的影响
转子 结构 X1
电抗计算结果 /Ω
Xad
Xd
Xaq
Xq /Xd Xq
V— 0. 1546 0. 3130 0. 4676 0. 8305 0. 9851 2. 1069
VV 0. 1546 0. 3370 0. 4916 0. 8451 0. 9997 2. 0335
表 1 20 kW 样机电抗参数的计算值与试验值对比
计算结果 /Ω
Xd 0. 5394
Xq 1. 1973
试验结果 /Ω
0. 5791
1. 2118
误差对比 /%
6. 855
1. 1965
通过表 1 可知，通过该计算方法求出的电抗参 数与试验值的误差在工程允许范围内，验证了有限 元计算方法的正确性。
力。但是缺点是永磁体用量也会随之增加，双层结 构较单层结构多用了 14. 0% 的永磁材料，三层结构 较双层结构多用了 17. 1% 的永磁材料，三层结构较 单层结构更是多用了 33. 5% 的永磁材料，而且工艺 更加复杂，此外在相同层数结构、相同永磁体用量 的前提下带“—”的转子结构较不带“—”的转子结构 过载能力更好，磁阻转矩利用率也更高（ V—形优于 VV 形； VV—形优于 VVV 形） 。而且使 d、q 轴之间 的电抗差值更大的原因是 Xq 和 Xd 同时减小，Xd 减 小的幅度更大，这样不易于电机弱磁。所以综合以 上优缺点，可以认为 V 形转子和 V—形转子更加适 用于牵引电机。
图 5 等效 q 轴状态下空载气隙磁密波形
图 3 等效 d 轴状态下负载气隙磁密波形
将图 2、图 3 经过谐波分析得到等效 d 轴状态下 空载气隙磁密基波幅值为 0. 8076 T，等效 d 轴状态 下负载气隙磁密基波幅值为 0. 6828 T。
永磁体充磁方式的合理选择(补充参数化磁钢厚仿真图)
永磁体充磁方式的合理选择--案例验证原创作者：蜗牛漫步2019/12/13一、对于外转子无刷电机而言：1. 对气隙磁密幅值（合成或者径向）：平行充磁低于径向充磁2. 对齿槽转矩：平行充磁低于径向充磁3. 对负载转矩和转矩纹波：平行充磁均低于径向充磁4. 空载铁耗（定子铁芯+转子磁轭）：平行充磁低于径向充磁（由于径向充磁含有大量的谐波分量，使得每极磁通量和定子铁芯磁密均大于平行充磁，因此空载铁耗高）因此，对于文章《表贴式永磁电机的两种充磁方式》的总结言论是正确的：1. 充磁方式对电机的气隙磁密波形和气隙磁通大小有影响（平行--正弦波，径向--梯形或矩形波）2. 径向充磁方式气隙磁密为矩形波，适合外转子表贴式永磁电机，这样它会有更大的气隙磁通。
（**考虑：FOC驱动方式的话，是否平行充磁更匹配？）3. 平行充磁方式气隙磁密接近正弦波，适合内转子表贴式永磁电机。
因为平行充磁具有提供更大气隙磁通的可能：a. 平行充磁方式磁钢内部磁密均匀，使得磁钢附近区域的磁路不易发生局部饱和；径向充磁方式磁密沿半径由外向内逐步增加到一定值后，在该区域磁路易发生局部饱和，限制了气隙磁通的增加，降低了磁钢利用率b. 径向充磁方式电机的极间漏磁明显大于平行充磁。
4. 对内转子表贴：①平行充磁：气隙磁通随极对数p的增加而减小；随磁钢厚度增加先增后趋于不变；随气隙长度增加而减小；②径向充磁：气隙磁通随极对数p的增加而减小；随磁钢厚度增加先增后减小；随气隙长度增加而减小；因此，不管极对数p和气隙长度，磁钢厚度存在最优值，过多增加磁钢厚度无助于气隙磁通的增加。
③相同气隙时，两者充磁方式对比：p≥2时，平行充磁气隙磁通＞径向充磁气隙磁通；随着p增加，平行充磁总磁通逐渐下降，而径向充磁气隙磁通降幅较小，最后趋于一致。
另，随磁钢厚度的增加，气隙磁通相差越大。
5. 对外转子表贴：①对两种充磁方式：气隙磁通随极对数p的增加而减小；随磁钢厚度增加先增后趋于不变；随气隙长度增加而减小；因此，不管极对数p和气隙长度，磁钢厚度存在最优值，过多增加磁钢厚度无助于气隙磁通的增加。
永磁电机气隙磁势的概念和特点
永磁电机气隙磁势的概念和特点
一、概念
永磁电机气隙磁势是指在永磁电机中，由于永磁体的磁力线在气隙中产生的磁场。
气隙磁势的大小和分布情况对永磁电机的性能具有重要影响。
在永磁电机中，气隙磁势的分布情况决定了电机的反电动势波形和电机的输出特性。
二、特点
1. 气隙磁势具有较高的磁场强度和能量密度，因此永磁电机具有较高的效率和输出功率。
2. 气隙磁势的分布情况对电机的性能具有重要影响。
在电机设计过程中，需要根据气隙磁势的分布情况来选择合适的永磁体形状和尺寸，以及优化电机的结构参数。
3. 气隙磁势的稳定性较好，因此永磁电机具有较好的运行稳定性和可靠性。
4. 由于气隙磁势的存在，永磁电机需要采取适当的保护措施，以防止永磁体的退磁和高温老化等问题。
稀土永磁无刷电机转子磁钢尺寸及气隙对输出转矩和效率的影响
稀土永磁无刷电机转子磁钢尺寸及气隙对输出转矩和效率的影响 17
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
D
设计分析
esign and analysis
L8R6A90 的 转 子 分 别 在 3000r/ min 、3250r/ min 、3500r/ min 和 3750r/ min 的条件下进行测试 ,以此研究转速的变 化对电机效率的影响 。
如图 2 所示, 转子磁钢的尺寸标 记成 R2 和 R1 表示 定子和转子之间的 图 2 不同径向厚度的转子磁钢示意图 间隙与 R3 相比分别增大 1mm 和 2mm 。也就是说 ,这里 同时考虑了转子磁钢的大小和定 、转子之间的气隙对电 机性能的影响 。
人工心脏用驱动电机要求体积小 、重量轻 、效率高和
稀土永磁无刷电机转子磁钢尺寸及气隙 对输出转矩和效率的影响
钱坤喜 ,袁海宇 ,茹伟民 ,曾 培
( 江苏大学 ,江苏镇江 212013)
Influence of Rare - earth PM Brushless Motor Rotor Magnet Size and Airgap on the Output Torque and Eff iciency
[ 2 ] Qlsen DB. The history of continous flow blood pumps[J ] . Artifical Heart ,2000 ,24 (6) :401 - 404.
[ 3 ] Qian KX , Zheng P , Ru WM et al. A durable impeller pump wit h rolling bearing and purge system[J ] . J . Med. Eng. Tech. ,2001 ,25 (6) :273 - 275.
表贴式永磁电机气隙磁密解析计算
20211DOI：10.19392/ki.1671-7341.202101049表贴式永磁电机气隙磁密解析计算徐志凯王德鹏周晓燕青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520摘要：当今世界，永磁电机的应用领域越来越广泛，对于永磁电机的性能要求也越来越高。
永磁电机的转矩脉动、电磁振动、噪音等问题都亟待解决，而这些问题都和永磁电机的磁场分布有着一定的关联，因此只有准确计算出电机磁场的大小及分布并进行评估优化，才能改善永磁电机的性能，满足社会对于永磁电机性能的需求。
根据以上问题，文章通过直接解析法建立表贴式永磁无刷电机模型，建立矢量磁位方程，仿真求解电机空载气隙磁场，并将结果分别与Maxwell有限元仿真以及Motoead有限元仿真的磁密波形进行对比，结果显示吻合度很高，从而证明采用解析算法求解永磁电机气隙磁场的有效性及正确性。
关键词：永磁电机；气隙磁密；直接解析法；Maxwell有限元仿真;Motor CAD有限元仿真中图分类号:TM302永磁同步电机结构简单，运行可靠，损耗小,效率高，应用范围十分广泛⑴，对于永磁电机的电磁性能也提出了越来越高的要求。
永磁电机的气隙磁密在一定程度上决定着电机的铁耗和齿槽转矩等电磁参数，从而对永磁电机的性能产生很大影响%2&#因此，如何精确计算永磁电机的磁场分布就显得尤为重要。
文献%3:提到了一种分离变量法,可以用来求解分析永磁电机气隙磁通量密度。
文献%4:利用有限元方法研究了影响永磁同步电机气隙磁密的主要因素。
本文通过解析算法建立电机的数学模型，根据文献%5&建立内转子表贴式永磁无刷电机直接解析模型的基本思路，建立矢量磁位方程并求解电机空载气隙磁场，通过与有限元仿真结果的对比证明此方法的正确性。
1电机的解析模型1.1样机模型本文以一台4极18槽内转子表贴式永磁发电机为例,电机模型如图1所示，电机参数如下表所示。
图1表贴式永磁电机模型电机模型基本参数表参数数值参数数值转子外径/m m9.3槽口宽度/m m 1.6永磁体外径/mm11.5剩磁/T 1.09978定子内径/mm12极弧系数0.8电机槽深/mm18气隙区域磁场谐波次数100铁芯长度/mm70槽区域磁场谐波次数301.2解析模型的建立为便于后续的分析计算，对永磁电机作出合理的假设%2］，电机在二维极坐标系下的剖面图如图2所示,根据电机内部材料属性和结构特点，将电机内的磁场区域划分为气隙区域、永磁体区域、槽区域，如图3所示。
永磁同步电动机气隙磁密波形的设计研究
永磁同步电动机气隙磁密波形的设计研究作者：王伟来源：《山东工业技术》2017年第01期摘要：通过对永磁同步电动机磁钢充磁方式、磁钢形状、极靴形状三种情况进行分析，从而确定了三者对气隙磁密形状的影响情况及重要程度，为气隙磁密设计提供方向。
研究采用控制变量法，依据有限元仿真模拟试验，并通过理论分析验证仿真结果。
关键词：永磁同步电机；气隙磁密波形；设计研究DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.1520 引言永磁同步电动机的输出转矩及脉动、感应电势、铁芯损耗在很大程度上取决于气隙中的磁通密度分布，气隙磁通密度（以下简称“气隙磁密”）波形的优劣直接影响电机的性能。
合适的气隙磁密波形可以有效地稳定转速，提高转速的可控性，降低电机振动及噪音。
永磁同步电机的气隙磁密与很多因素有关，文献[1]从气隙变化、转轴材料、极弧系数、磁钢厚度、极对数等方面分析了对永磁同步电机气隙磁密的影响；文献[2]提出一种用若干块磁钢代替单块磁钢的方法来改善气隙磁密波形，减少气隙磁密空间谐波的含量；文献[3]提出一种解算磁密的计算方法。
常见的永磁同步电机分为方波电机与正弦波电机，两种电机结构相同，都有永磁转子和与交流电动机类似的定子结构。
但永磁同步电机要求有一个正弦波反电势，而BLDC电机希望有一个梯形波反电势；所以如何设计出需要的气隙磁密波形是设计电机的基本功之一，但对于永磁同步电机气隙磁密波形的设计研究文章较少；本文根据充磁方式、磁轭及极靴形状的变化情况，利用有限元仿真软件Ansoft，采用二维有限元方法对相应的气隙磁密变化情况进行分析；进而让读者对气隙磁密波形设计有初步的了解。
1 原理和模型如图1所示是一个在Ansoft中创建的永磁同步电机二维模型，我们通常所说的气隙磁密波形是指沿电机气隙一周径向方向磁密的大小分布；在二维有限元仿真计算中则是将各物理量分解成X轴、Y轴两个方向的分量进行计算，对于径向磁密的大小计算公式为：式中 B-径向磁密， -磁密的X轴分量，-磁密的Y轴分量，θ-柱坐标的θ。
永磁同步电机设计参数-概述说明以及解释
永磁同步电机设计参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:永磁同步电机作为一种高效、节能的电机类型，在各种应用领域备受关注。
其设计参数的选择对电机性能和效率有着重要影响。
因此，本文旨在探讨永磁同步电机设计参数的优化方法，以提高电机的性能和效率。
首先，我们将介绍永磁同步电机的工作原理和结构特点，包括永磁材料的选择、定子和转子的设计等方面。
然后，我们将重点讨论永磁同步电机设计中的关键要点，如磁场分布、转矩性能、效率等方面，以帮助读者深入了解设计参数的重要性。
接着，我们将介绍设计参数优化的方法，包括仿真分析、实验验证、优化算法等方面。
这些方法将有助于工程师们更好地设计永磁同步电机，提高其性能指标。
最后，我们将总结本文的主要观点，并展望未来研究的方向，以期为永磁同步电机设计和应用提供有益的参考。
通过对设计参数的深入研究和优化，我们有信心能够进一步提升永磁同步电机的性能和效率，推动其在各个领域的广泛应用。
1.2 文章结构：本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对永磁同步电机设计参数进行概述，介绍文章的结构以及研究目的。
在正文部分，将详细讨论永磁同步电机设计参数的概述，关键设计要点以及设计参数优化方法。
最后在结论部分，对全文进行总结，分析设计参数对性能的影响，并展望未来研究方向。
通过这样的结构，读者将对永磁同步电机设计参数有一个更深入的了解，为相关领域的研究工作提供参考和指导。
1.3 目的：本文旨在探讨永磁同步电机设计参数对其性能影响的关键因素，通过对设计参数的优化方法和关键设计要点的详细分析，帮助读者更好地了解永磁同步电机的设计过程，提高电机的性能和效率。
同时，通过对设计参数对性能的影响进行总结和展望未来研究方向，有助于推动永磁同步电机在工业和汽车领域的应用和发展，促进清洁能源技术的进步和普及。
2.正文2.1 永磁同步电机设计参数概述永磁同步电机是一种高效、节能且性能优越的电动机，在现代工业生产中得到广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
３ ． 山西北方机 械制造有限责任公 司， 山西太原
摘 要：永 磁电机气 隙磁密的设计不合理将 导致启 动冲击大 、启动峰值 电流大及启动转矩大 ，对变压器 与负载设备造成一定 的损
伤 ，在矿 用环境 下甚 至造成爆 炸事故 ， 严 重影响工厂安全性 ，采用有 限元分 析计算获取气 隙磁密 大小对 电机性能 的影响 ，为永
ＷＵ Ｗｅ ｎ — ｈ ｕ ， Ｃ ＨＡＮＧ Ｌ ｉ — ｆ ａ ｎ ｇ ￣ ， Ｗ ＡＮＧ Ｚ ｈ ｉ — ｌ ｉ ｎ ，Ｆ Ｅ ＮＧ Ｘｕ ｅ － ｓ ｈ ａ ｎ ，Ｊ Ｉ Ａ’ ｕ
（ １ ． Ｓ ｈ ａ ａ ｘ ｉ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ． Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ Ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ８ ，
磁 电机 的安全设计提供指导 。
关键词 ：永磁 电机 ；气 隙；磁密 ；性能
中图分类号 ：Ｔ Ｍ３ ５ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９—９ ４ ９ ２（ ２ ０ １ ６）１ １ —０ １ ２ ７—０ ３
Ｉ ｎ ｎｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｐ ｅ ： ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ Ａｉ ｒ — Ｇａ ｐ Ｆｌ ｕ ｘ Ｄｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ＭＳ Ｍ
转矩大、启动电流倍数大及启 动峰值 电流大 ，对
电机负载设备及变压器造成损伤 ，当终端用户保 护措施不到位时甚 至造成人员事故 ，尤其在矿用 环境下容易造成爆炸事故 ，造成大量不可挽 回的
损失。
本文提 出的永磁 电机永磁体设计方法主要采 用有限元分析 ，通过迭代法计算调整永磁体的空
间尺寸进而调整气 隙磁密大小 ，用于控制电机 的
启 动电流倍数 、启动 峰值 电流及 电机脉动转矩 ， 使得设计的永磁 电机 电磁性 能与原有异 步电机基 本一致 ，以保证负载设备及变压器 的安全可靠运
行 ，消 除隐患 。
败 。文献［ ４ 】 对组合定子铁心直流旋转 电机的气隙
磁 密进 行 了分 析 ，文 献 ［ ５ ］ 利用 有 限元 与解 析 法 分
／ 一 Ｉ
皇
永磁电机气隙磁密大小对电机性能的影响
武文虎 ，常丽芳 ，王 志林 ，冯雪 山 ， 贾 钰
（ １ ． 山西北方机 电科技有限公 司， 山西太原 ０ ３ ０ ０ ０ ８ ；２ ． 太原锅 炉集 团有限公 司， 山西太原 ０ ３ ０ ０ ０ ９ ） ０ ３ ０ ０ ０ ８ ；
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；３ ． Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ － Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｕ ｎ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ ａ ｉ ｒ － ｇ ａ ｐ ｌ ｆ ｕ ｘ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ＭＳ Ｍ ｗ ｉ ｌ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎ ｂ ｉ ｇ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ，ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ａ ｋ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ
பைடு நூலகம்
析了永磁直流 电机 的空载磁场 ，但均未体现 出气
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ＰＭＳ Ｍ；ａ ｉ ｘ － ｇ ａ ｐ； ｆ ｌ ｕ ｘ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ； ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ
１ 概 述
永磁电动机 由于具有功率密度 高 、转动惯量 低 、效率高等优点而被广泛应用于高性能运动控 制场所 ，如精密机床 、机器人 、航空航天 、武器 系统等ｎ ，尤其在高端制造业 、先进电动车、舰船 推进系统 、国防工业 等尖端工业领域得到快速发 展及广泛应用【 ２ ＿ 。由于永磁电机主要依托永磁体 提供能量 ，永磁体在 电机中的合理布置、牌号选 择及永磁 体用 量将 直接导致 永磁 电机设 计 的成