永磁同步电动机电磁场的有限元分析
基于ANSYS的电梯驱动用永磁同步电机磁场有限元分析
梁广 民． 电梯技术 的发展趋势［ ］ Ｊ ．电梯工业 ， ０ ６ １ ： ２０ （ ） ８—９ ． 缪学进 ， 李永 东 ，肖曦 ，等．永磁 同步 电机控制 系统 及其在 电 梯 中的应用 ［］ Ｊ ．电力电子技术 ， ０ ６， ０（ ） ９— １ ２０ ４ ６ ：ｌ ２ ．
图 ９ 电机 相 绕 组 磁 通 分 布
何罡 ，黄大为 ， 黎坚 ，等．无 齿轮 电梯专 用永磁 同步 电机调 速 系统的实现［ ］ Ｊ ．电力电子技术 ， ０ ３ ７（ ） ２ ０ ，３ ２ ：１— ． ３ 张式勤 ， 郑尔玺 ， ｎｙ 在电梯用变频调速永磁同步电机设计 中 Ａ ｓｓ
的应 用 ［ 】 Ｊ ．电机 技 术 ， ０ ３ ３ ： ０—１ ． ２０ （ ） １ ３
太原 理 Ｔ 大 学 硕 士 学 位 论 文 ， ０９ ２０ ．
辐
一
图 １ 电机 相１
４ 结 语
本 文 通 过建 立 ｌ． Ｗ 电梯 驱 动用 稀 土永 磁 电 ０ ７ｋ 机 有 限元分 析模 型 ，分 析 电机 的 内部磁 场分 布 规律 ， 获得 了绕组 磁通 、感应 电动 势 和 电磁 转 矩 等 电磁 特
图 ８ 电机 线 圈 磁 通 分布
由图 １ ０可 知 ，空 载感 应 电压 曲线 为 一 梯 形 波 ，
电压 幅值约 为 ２０Ｖ。 由图 １ １ １可知 ，电机 的平 均 转
矩约 为 ６ ｍ，与 给定 额定 转矩 误差 约 ２Ｎ ２Ｎ ｍ。
刘冲．电梯用分段永 磁直线 同步 电机设 计及有 限元分析 ［ ． Ｄ］
・
・
截 １氛 ｜ 『
４卷 ４
３ 电磁 特 性 计 算
永磁电动机磁路计算中主要系数有限元分析
而本文认为 , 当电机旋转时 , 极间漏磁会随定 、转 子相对位置的变化而有所差异 。在转子齿中心线对
准极间时 , 漏磁最少 ; 而在槽中心线对准极间时 ,
漏磁最多。因此 , 需分别计算这 2种不同位置下的
极间漏磁 , 然后取平均值作为极间漏磁系数 。
通过磁场有限元计算 , 可得场域中各点的矢
量磁位 , 计算出当转子齿中心线对准极间时的漏
图 5 端部磁场计算
在图 5 ( a)中 , 边 AB 为永磁直流电机中心段 面 , 边 B C为转子铁心内径 , 边 DC 为右端面 , 边 AD 为永磁体外径 , F点为电枢绕组的端点 , 边 AB 为第一类边界条件 , 边 B C、CD、AD 均为第二类 齐次边界条件 。
用矢量磁位求解 , 计算出的磁场分布如图 5 ( b)所示 。则端部漏磁系数可由式 (10)计算 :
模型 。当磁极中心线对准转子齿中心线时 , 端部
漏磁最少 , 气隙长度采用实际的气隙长度 ; 当磁
极中心线对 准转子 槽中 心线 时 , 端 部漏 磁最 多 ,
气隙长度则采用等效气隙长度 。而等效气隙长度
等于气隙系数乘上实际的气隙长度 。
根据计算出的各点的矢量磁位值 , 计算出端
Байду номын сангаас
部漏磁系数为 σ2′; 改气隙长度为等效气隙长度 ,
永磁电动机磁路计算中主要系数有限元分析 辛 懋 , 等
中图分类号 : TM351 文献标志码 : A 文章编号 : 100126848 (2009) 0720001204
永磁电动机磁路计算中主要系数有限元分析
辛 懋 , 韩 力 , 赵 斌 , 罗辞勇
(重庆大学 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室 , 重庆 400044)
(完整)调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析1 引言与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大;损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。
随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代,变频调速永磁同步电动机也应运而生。
变频调速永磁同步电动机可分为两类，一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波（实际为梯形波）的无刷直流电动机，另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。
这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。
本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型,并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。
2 调速永磁同步电动机的电磁设计2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等.通过改变电机的各个参数来提高永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ϕ、起动转矩st T 和最大转矩max T .本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下：计算额定数据:(1) 额定相电压:N 220V U U ==(2) 额定相电流：3N N N N N1050.9A cos P I mU ηϕ⨯== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p= (4) 额定转矩：3N N 19.5510286.5N m P T n ⨯== 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度,它们可由如下公式估算得到:2i11P D L C n '= N N N cos E K P P ηϕ'=， 6.1p Nm dp C K K AB δα=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。
永磁同步直线电机空载反电势的分层有限元分析
式中: ΩA 为通过 A 相绕组的磁链, N 为绕组的匝 数, v 为初级的运动速度, ld 为横向有效宽度, k 为 铁心叠压系数, 5A 为二维计算中通过 A 相绕组的 磁通。
根据 Stokes 定理可得
也就是说, 通过曲面 a 的磁通等于矢量磁位沿这个 面的边界线的闭合线积分。 在二维计算中, A Z = 0, Z 轴单位长度范围内两点之间的磁通量就是两点之 间矢量磁位差的绝对值[6]。因此在计算通过A 相某 线圈的磁通量时, 只要找出该线圈两条元件边所在 的位置, 取这两点的 A 值相减即可。
(1. 清华大学 精密仪器与机械学系, 北京 100084; 2. 北京理工大学 机械与车辆工程学院, 北京 100081)
摘 要: 在利用有限元分析永磁同步直线电机空载反电势 波形时, 二维方法不能反映磁钢的形状而三维方法又过于复 杂费时。 该文提出一种分层有限元分析方法, 很好地克服了 这种矛盾。将电机沿横向分层, 对每层进行二维有限元分析, 最后把每层结果相加得到总体结果。利用该方法计算了一台 具有六边形磁钢形状的样机的空载反电势波形。 结果表明, 该方法与三维有限元分析相比可大大缩短分析时间, 得到的 波形与实验结果吻合较好。
CHEN D ing ji1, L IU Q ua n2, W ANG Xia nkui1, S HI Zhongdong1, L IU C he ngy ing1, ZHAO Tong1
(1. D epartm en t of Prec ision In strum en ts and M echanology, Tsinghua Un iversity, Be ij ing 100084, Ch ina;
关键词: 直线电机; 永磁; 反电势; 有限元分析
永磁同步电动机径向电磁力的分析研究
永磁同步电动机径向电磁力的分析研究永磁同步电动机是一种新型的高效能电机，它具有高效率、高功率密度和高控制性能的特点。
其中，径向电磁力是永磁同步电动机的关键参数之一，对电动机的性能和运行稳定性具有重要影响。
本文将对永磁同步电动机径向电磁力的分析研究进行详细阐述。
首先，需要了解永磁同步电动机的基本工作原理。
永磁同步电动机内部由永磁体和定子绕组组成，当定子绕组通电时，会在定子绕组中产生一定的磁场。
而永磁体则产生一个恒定的磁场。
由于定子绕组中的电流和永磁体产生的磁场相互作用，会产生一个径向电磁力。
其次，对于永磁同步电动机径向电磁力的分析可以从电磁场分析和力分析两个方面入手。
在电磁场分析中，可以采用有限元分析方法对电磁场进行定量计算。
通过对永磁同步电动机的几何结构和材料特性进行建模，可以得到电场和磁场的分布规律。
同时，可以通过控制理论和传感器来监测和调节电机内部的电流和磁场强度，以实现电磁力的精确控制。
在力分析中，可以通过受力平衡方程来描述电机内部的径向电磁力。
受力平衡方程可以分为动平衡和静平衡两种情况。
在动平衡中，当电机运行时，电磁力会与转子惯性力、负载转矩等力平衡，以保证电机的平稳运行。
而在静平衡中，电磁力会与轴向磁力、轴向力矩等力平衡，在不运行时保持电机的稳定状态。
最后，针对永磁同步电动机径向电磁力的分析研究，还可以从电机设计和控制策略两个方面进行优化。
在电机设计方面，可以通过改变永磁体的形状和材料、调整定子绕组的参数等方法来改善电磁力的性能。
在控制策略方面，可以通过调整定子绕组的电流和频率、优化电机控制算法等方法来实现电磁力的精确调节。
总之，永磁同步电动机径向电磁力的分析研究是电机领域中的重要研究内容。
通过对电磁场分析和力分析的深入研究，可以优化电机的设计和控制策略，提高电机的性能和运行稳定性。
希望本文能够对永磁同步电动机径向电磁力的研究提供一定的指导和参考。
大扭矩永磁交流伺服电动机电磁场有限元分析
结 果 对 磁 通 密 度 、电 磁 力 矩 和 反 电动 势 等 相 关 参 数 进 行 了 仿 真 。 仿 真 结 果 和 试 制 样 机 测 试 结 果 基 本 一 致 ，该 文 的研
究方法 和结 果对 同类型 电动机 的电磁设计 有较高 的参考 意义 。
关 键 词 ：永 磁 交 流伺 服 电 动 机 ；稳 态 电磁 场 ；有 限 元 ；磁 通 密 度 ；电 磁 转 矩 ；反 电动 势
中 图分 类 号 ：Ｔ ５ ；Ｔ ３ ３ Ｍ３ １ Ｍ ６＋ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８ ８ ２ １ ）２０ １—５ ０ １６４ （０ ０ １—０ １０
Ｅｌ ｃ ｒ ｍ ａ ｅ ｉ ｅｄ ｅ ｔｏ ｇｎ ｔｃ Ｆｉｌ Ａｎａ ｙ ｉ ｆａ Ｌａ ｇ ｒ ｕｅ Ｐｅ ｍ ａ ｎｔＭ ａ ｎｅ ｌ ｓｓ ｏ ｒ ｅ Ｔｏ ｑ ｒ ｎｅ ｇ ｔ Ｓｙ ｈｒ ｎｏ ｓ Ｍ ｏ ｏ ｓ ｄ ｏｎ ＦＥＡ ｎｃ ｏ ｕ ｔ ｒ Ｂａ ｅ
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故障状态下同步电机永磁体磁性能的有限元分析
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ｉ ｌ ｎｄ ｃ ｒ ｕｔ ｆｅｄｓａ ｉｃ ｉ． Ｂｙ ｕｓｎ ｈｉ ｄ ｌ ｐ ｒ ｔｏ ｆｐｅ ｍａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｍ ｏｏ ｓ ｓｍ ｕ ａｅ ｔｆ ｕｔｃ ｎ ｉｉ ｎ ａ ｄ ｔｅ ｉ ｇ ｔ ｓ ｍｏ ｅ ，ｏ ｅ ａｉ ｎ ｏ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｔｒｗａ ｉ ｌｔ ｄ ａ ａ ｌ ｏ ｄ ｔｏ ｎ ｈ
０ 引 言
大型 永磁 电机 的主要故 障是运 行时 定子 绕组
的一 相或 多 相短 路 故 障 ， 出线 端 发 生 短 路故 障 当 时， 电机 可 能产 生很 大 的短路 电流 ， 增加 外 部磁 场 的退磁 作用 。由于这 些作 用 可能使 电机稳 定运 行 工作 点低 于 磁化 特 性 曲线 拐 点 ， 成 永 磁 体 发 生 造
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｔ ａ ｔ Ｆｏ ｅ ｍ ａ ｎ ｍａ ｎ ｔｍ ｏｏ ｒ ｐ ｒ ｎｅ ｔ ｇ ｅ ｔ ｒ，ｔ ｅ ａｆ ｃｉ ｎ ｏ ｘ ｅｎａ ｍａ ｎ ｔｚ ｔｏ ｅ ｄ ｏ ｒ ｎ ｎ ｇ ｔ ｈ ｆｅ ｔｏ ｆｅ ｔｒ ｌｄｅ ｇ ｅ ｉａ ｉｎ ｆ ｌ ｎ ｐｅ ｍａ ｅ ｔ ｍａ ｎｅ ｉ ｍａ ｎ ｔｃ ｐｅｆ ｒ ｎｃ ｔｆ ｕｔｃ ｎ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｒｏ ｍａ ｅ ａ ａ ｌ ｏ ｄｉ ｎ，ｗｈｉｈ ｗａ ｅ ｈ ｔｅｆｃ ｈｅｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｍｏｏ ． Ｒａｉｎａ ｉ ｃ ｓ ａ ｋ ｙ ｔ ａ ｆｅ ｔｔ ｓｇ ｆｐｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｔｒ ｔｏ ｌ
702 每极每相槽数小于1的永磁直线同步电动机负载特性及其参数的有限元分析
电磁推力根据虚功原理可表示为
ｍ
ｒｔｔ厂Ｈ
、
ｃ＝∑巧；∑ｌ∑哦心，比ｌ
（５）
，＝ｌ
』＝１＼ｆ－ｌ
／
丝＝一３∥』孵Ⅳｅ警加＋篮ｄ型ａｘＪｆ州Ｔ％％Ｔ∽
ｏ
ｃｌＸ
（６） 式中 日——节点，电磁推力
ｍ——节点总数 ｎ——与节点，相连的单元数 风——单元节点磁场强度矩阵
坛——对称系数矩阵
雎——磁导率矩阵 Ⅳｃ——单元形状函数矩阵
摘要：永磁直线同步电动机（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｌｉｎｅａｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ，ＰＭＬＳＭ）采用每极每相槽数小于１（ｇ＜１）分数槽结构， 解决了运行的平稳性，这种直线电动机的高推力密度特性是ＰＭＬＳＭ设计分析的关键问题。基于此，为了分析ＰＭＬＳＭ的 负载特性，建立基于二维磁场方程的ＰＭＬＳＭ有限元分析模型。采用开放边界条件，将边端漏磁对ＰＭＬＳＭ的影响加入有限
Ｉ厂２，厂３．屯＝一屯
厶——永磁体等效磁化电流密度
正，历——满足周期边界 横向边端漏磁场是ＰＭＬＳＭ有别于旋转电动机
的又一个特征，为了计算横向边端磁场的影响，将
上述有限元模型的周期性边界条件改为开放边晃，
在ＰＭＬＳＭ物理结构外设定一个零边界。 ＰＭＬＳＭ以额定负载推力风运行时，若动子绕
组通入三相正弦电流，空间三相合成磁场∥和ｄ、
ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｅａｓｌｌｒｅｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ＦＥＭ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｃｔｕａｌ ｍｅａｓｌｌｒｅｍｅｎｔｓ．ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＦＥＭ
ｂａｓｅｄ ｍｏｄｅｌ Ｃａｎ ｃｏｎｆｉｒｍ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ－ａｎｇｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ＰＭＬＳＭ．