永磁同步电动机径向电磁力的分析研究
永磁同步电动机的研究及输出特性分析
永磁同步电动机的研究及输出特性分析永磁同步电动机是一种新型电机，它将现代电子技术、电机技术和材料技术相结合，具有高效、高功能、小体积、轻质量、低噪音、无电磁干扰等特点，目前已成为应用于电动车、电机车、电动自行车、风力发电、太阳能光伏发电等领域最受欢迎的电机之一。
而永磁同步电动机的性能也是使用者关注的重点。
以下文章将从永磁同步电动机的研究和输出特性分析两个方面来探讨这个话题。
一、永磁同步电动机的研究（一）磁路分析永磁同步电动机的磁路是它的核心。
永磁同步电机的磁路是由永磁体、定子铁心、转子铁心共同组成的。
电机的磁路有两种方式，即饱和磁路和线性磁路。
饱和磁路是电流越大磁势越大，磁阻越小，导致磁通量增长趋于平缓的情况。
而线性磁路则是不受其它因素影响的磁通量变化。
在永磁同步电动机中，饱和磁路与线性磁路并存。
在电机工作的过程中，由于更换相序以及磁路的磁滞和饱和等现象，平衡条件不能被满足。
（二）电磁分析永磁同步电动机的电磁分析是实现高效、高性能的关键。
在永磁同步电机中，电磁部分的建模是一项非常重要的工作。
为了实现对电机的性能进行可靠预测，必须建立起一组有关电机的方程模型，包括电磁、热力学、建模以及计算分析等方面。
对于实际工程问题，这些模型可以通过ANSYS Maxwell和Fluent来实现。
此外，为了让永磁同步电机具备高性能和高效能，选择合适的永磁体及适当的电机参数值是非常重要的。
（三）控制策略在永磁同步电动机中，控制策略是让电机实现高效性和高性能的关键。
电机的控制主要分为转速控制和转矩控制两种方式。
对于永磁同步电机，常见的控制方式有矢量控制和直接转矩控制等方式。
其中矢量控制通过改变电机的电路和电机参数控制电机工作状态，是一种更为高级的控制方式。
而直接转矩控制方式则直接控制电机转矩大小，更适合于一些实时控制。
二、永磁同步电动机的输出特性分析（一）输出特性介绍输出特性是永磁同步电机的一个重要性能指标。
它仅通过设计选择参量来实现，在工作中无法改变，所以它是永磁同步电机的固有品质。
径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场分析
永磁同步电动机径向电磁力的分析研究
( , t ) 0 l
(4)
1
其中 F ( , t ) 、 F ( , t ) 、 f 0 ( , t ) 分别为转子永磁体谐波磁动势、定子谐波磁动势、定子基波磁动势。
0 ：定子基波电流频率， ：定子谐波极对数， ：转子谐波极对数， 0 为单位面积气隙磁导的不变部
p
1)0t ]
(6)
式（6）中定子谐波产生的力波、转子谐波产生的力波次数高 ，可以忽略掉。而定子基波和转子谐波作用 产生的低次力波，会使铁芯弯曲变形时相邻两节点间的距离增大，变形也增大，所引起的振动和噪声也增 大。因此，该部分是径向电磁力的主要部分，对于电机振动和噪声的影响不可忽略。 1.2 永磁同步电动机定子磁场的谐波分析 1.2.1 整数槽永磁同步电动机气隙磁场谐波极对数
nN=1500r/min，额定频率 fN =100Hz，IN=22.7A。图 1、2、3 分别表示 24 槽、36 槽、48 槽永磁同步电动机 二维仿真模型。 本文的基波为波长等于电枢周长 2pτ （τ 为极距）的 2 极波，即 p 次波，而其余各次谐波次数也相应 在原来基础上乘上极对数 p。
图 1 24 槽模型
谐波幅值/T 36槽 0.2009 0.0066 0.0098 0.0086 0.0038 0.0569
气隙磁场正弦畸变率（%）
25 20 15 10 5 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26
48槽 0.1999 0 0 0.0041 0.0035 0
24槽 36槽 48槽
0.1963 0 0 0.0633 0.0389 0
2p ，定子绕组谐波磁场的极对数为： v (3k 1)t ；当 d 为奇数时，单元电机数 d
永磁同步电机径向力波产生机理
永磁同步电机径向力波产生机理永磁同步电机是一种常用的电动机，在很多领域广泛应用。
它具有高效率、高功率密度和良好的动态响应等优点，因此备受青睐。
永磁同步电机的工作原理是通过转子上的永磁体与定子上的电磁线圈之间的相互作用产生力波，从而实现电能转换为机械能。
永磁同步电机的转子上装有一组永磁体，这些永磁体通常是由稀土磁体制成，具有较高的磁能积和矫顽力。
定子上则绕制有一组电磁线圈，通过外界电源提供的电流产生磁场。
当定子线圈通电时，会在定子上产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与转子上的永磁体之间会产生磁场的相互作用，从而产生力波。
具体来说，当定子线圈通电时，会在定子上产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场的磁通量会不断改变，因为磁通量的改变会导致转子上的永磁体受到磁力的作用。
根据洛伦兹力定律，磁场和电流之间的相互作用会产生力的作用。
在永磁同步电机中，这个力的作用是径向的，即与转子轴向垂直。
转子上的永磁体受到力的作用后，会受到一个径向的加速度，从而开始运动。
由于转子上的永磁体是通过磁力固定在转子上的，因此它们会随着转子一起旋转。
当转子旋转时，永磁体会不断地与定子上的磁场相互作用，从而产生连续不断的力波。
这些力波会推动转子继续旋转，实现电能转换为机械能。
需要注意的是，永磁同步电机的力波产生机理与电机的设计和控制有关。
通过合理设计电机的结构和参数，可以使得力波的产生更加稳定和高效。
同时，通过精确控制电机的电流和转速，可以进一步提高电机的性能和效率。
永磁同步电机的径向力波产生机理是通过转子上的永磁体与定子上的电磁线圈之间的相互作用产生的。
这种相互作用会在转子上产生一个径向的力，从而推动转子旋转，实现电能转换为机械能。
通过合理设计和控制，可以提高电机的性能和效率，进一步推动永磁同步电机的广泛应用。
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Maxwell2D 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stT 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： 额定数据数值 额定功率N 30kw P = 相数=3m 额定线电压N1=380V U 额定频率=50Hz f 极对数=3p 额定效率N =0.94η 额定功率因数N cos =0.95ϕ 绝缘等级 B 级计算额定数据：(1) 额定相电压：N N13220V 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。
精密运动平台用永磁直线同步电机的磁场分析与电磁力研究
精密运动平台用永磁直线同步电机的磁场分析与电磁力研究1. 本文概述永磁直线同步电机（Permanent Magnet Linear Synchronous Motor，PMLSM）因其推力密度高、响应速度快、可靠性好、效率高、可控性好和精度高等显著优点，被广泛应用于精密运动平台中，以实现高速长行程运动和微米级、亚微米级的定位精度。
由于初级铁心纵向开断，直线电机存在特有的纵向端部效应，同时受到齿槽效应、横向端部效应和外悬效应等因素的影响，气隙磁场发生了很大的畸变。
由于现有加工制造、安装精度及人为等因素的限制，永磁直线同步电机的三维空间磁场分布存在非对称性，从而产生了寄生力或力矩，导致电机系统产生振动和噪音。
本文旨在对精密运动平台用永磁直线同步电机的磁场进行分析，并研究其电磁力特性，以期为提高电机性能和系统稳定性提供理论依据和技术支持。
2. 永磁直线同步电机的基本原理永磁直线同步电机（Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM）是一种将电能直接转换为直线运动的电机，广泛应用于精密运动平台、半导体制造、光学设备等领域。
其基本原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。
根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动或磁场变化时，导体内将产生感应电动势。
在PMLSM中，定子绕组通电后产生交变磁场，此交变磁场与永磁体产生的磁场相互作用，导致在定子和动子之间产生电磁力，推动动子做直线运动。
洛伦兹力定律描述了载流导体在磁场中受到的力。
在PMLSM中，当定子绕组通电时，电流在定子线圈中流动，产生磁场。
这个磁场与永磁体产生的磁场相互作用，根据洛伦兹力定律，产生垂直于电流方向和磁场方向的力，这个力就是推动动子做直线运动的电磁力。
PMLSM通常由定子和动子两部分组成。
定子固定在机架上，由绕组和铁心组成，绕组通电后产生交变磁场。
动子则由永磁体和铁心构成，其上装有运动平台。
当定子绕组通电时，产生的交变磁场与永磁体磁场相互作用，产生电磁力，推动动子做直线运动。
车用永磁同步电机径向力波灵敏度分析和优化
使 用工 况复 杂 。因此 ， 工 作 环境 特 殊 性 使 电动 车用
电机 的电磁 噪声 问题 比较 突 出ｌ １ ］ 。
动 车用永 磁 同步 电机提供 了一 种新方 法 。
电机 的主要 噪声 源为 径 向力波 ， 其作 用 于定子 ， 使 定子 振动 而辐 射噪 声 ］ 。 因此改 善 径 向力波 成 为
第 ３ ３卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ６月
振动 、 测 试 与 诊 断
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ＆ Ｄｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ
Ｖｏ １ ． ３ ３ Ｎｏ ．３
Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３
声 和振 动性 能 。文献 Ｅ ９ ］ 描 述 了一 种 精 确 预 测 永 磁 同步 电机 电磁 噪声 的 数值 模 型 ， 建 模 过 程 中采 用 三 维 有 限元法 精确 计算 了径 向力 波 。文 献 Ｅ ６ — １ ０ １ 采 用
其 中： （ ， ￡ ） 为气 隙磁导 ； ｆ （ Ｏ ， ） 为气 隙磁势 。
由 Ｍａ ｘ ｗｅ ｌ ｌ 定律 ， 电磁 径 向力 波 由电机 气 隙磁
术 快速 发展 ， 数值 法 尤其 是有 限元法 ， 越 来越 多地 应 用 于径 向力 波分 析 。文 献 ［ ７ ］ 应用 电磁 场 有 限 元 法
和麦 克斯 韦张量 法 计 算 了径 向力 波 ， 研 究 了极 槽 配
波 。通 过 解 析 法 和 试 验 ， 验 证 了有 限元 参 数 化 模 型 的 正 确 性 。应 用 该 模 型 ， 以永磁体 厚度 、 气 隙长 度 、 定 子 槽 中心 宽度 、 定 子槽 开 Ｅ ｌ 宽度 ４ 种 结构因素为设计 变量 ， 以 １阶 、 ２阶 、 ３阶 径 向力 波 能 量 和 径 向力 波 均 值 最 小 为 目标 函 数， 进 行 了影 响径 向 力 波 的 结 构 因 素 灵 敏 度 分 析 。结 合 电 机 设 计 要 求 ， 提 出 了 改 变 气 隙 长 度 和 定 子 槽 中 心 宽 度 的 参数优化方案 ， 有 限 元 计 算 结 果 显 示 优 化 方 案 改 善 了径 向力 波 。 关 键 词 电动 车 ；永 磁 同 步 电 机 ； 径 向力 波 ； 灵 敏 度 分 析 ；优化
基于电磁力分析的永磁同步电机研究及优化
1永磁同步电机电磁力分析
1.1永磁同步电机电磁力的解析计算
电机气隙磁场产生并作用于定子内表面单位面
积上的径向电磁力和切向电磁力可分别表示为:
p圧（力）
P严飞丁
(1)
巴二丄耳（九£）
（2）
Mo
式中沪°二4“ x 10-7（H/m），表示真空磁导率;民（0,
0表示径向气隙磁密;§（&,力）表示切向气隙单、运行效率高且控制方 式多样，广泛应用于军事国防事业、工业与农业生 产、日常生活等各领域。随着电机工作环境的变化, 对永磁同步电机的运行稳定性、噪声控制的要求更 加严格，降低电机工作过程中的振动噪声是提高电 机设计制造水平的重要内容口切。
永磁同步电机运行过程中产生的噪声主要由电 磁噪声、机械噪声和空气动力噪声三部分组成,其中 电磁噪声是电机噪声中重要的噪声源。永磁同步电 机工作时，气隙磁场内的径向电磁力和切向电磁力 是电磁噪声的主要激励源,径向电磁力作用于定子 表面引起电机振动，切向电磁力作用于定子齿根使 定子齿部产生扭曲变形。与切向电磁力相比，径向
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小。P1为可变部分，它是旋转径向力波，产生频率 为M（/i为电机电源频率）的电动机噪声。
电磁力对电磁噪声的贡献量更高⑶o Islam. R和Husain. I通过对永磁同步电机进行
电磁有限元仿真,发现与齿槽转矩和转矩波动相比， 径向电磁激振力才是引起电机振动和噪声的主要原 因⑷;F. Taegen用解析法分析径向电磁力时间和空 间上的变化对永磁同步电机振动噪声的影响，并通 过试验证明⑸；沈阳工业大学于慎波教授等详细分 析径向电磁力特性,并仿真得到电机负载运行时瞬 态磁场分布，探究径向电磁力频域特性对电磁噪声 的影响⑷；李俊武等对小功率永磁同步电机进行研 究，证明永磁同步电机定子结构参数是影响电机电 磁噪声特性的重要因素〔7］。
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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。