横向磁通永磁直线电机损耗的研究
横线磁通电机的研究意义和价值
横线磁通电机的研究意义和价值
横线磁通电机是一种新型高效率电机，具有高转矩、低噪音、低损耗等优点，因此具有广泛的应用前景。
其研究意义和价值主要体现在以下几个方面：
1. 提高电机效率：传统电机存在转矩波动、损耗大等问题，而
横线磁通电机采用新型磁路结构和控制方法，能有效提高电机效率，降低能耗和排放。
2. 促进电动化发展：随着能源紧缺和环境污染的加剧，电动化
已成为未来发展的趋势，而横线磁通电机作为高效电机，可广泛应用于电动汽车、轮船、飞机等领域，推动电动化发展。
3. 推动新能源产业发展：横线磁通电机可与新能源技术相结合，如风能、太阳能等，形成高效、环保的新能源系统，为新能源产业发展提供技术支持和保障。
4. 提高国家竞争力：掌握横线磁通电机的研究和应用，能够提
高我国在高效电机领域的技术水平和市场竞争力，推动国家经济发展。
综上所述，横线磁通电机的研究意义和价值在于提高电机效率、促进电动化发展、推动新能源产业发展和提高国家竞争力。
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永磁同步电机永磁体涡流损耗计算与研究
密级：内部高速电主轴永磁同步电机永磁体涡流损耗计算研究The calculation and analysis ofhigh-speed spindle permanent magnet motor eddy current losses in the permanent magnet学院：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化0903班学号：学生姓名：指导教师：（副教授）2013 年 6 月摘要永磁同步电机是由永磁体建立励磁磁场的同步电机，电机结构较为简单，降低了加工和装配费用，提高了电机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电机的效率和功率密度。
当外磁场发生变化时，永磁体就会产生涡流导致发热。
因此，很有必要对转子永磁体内的涡流进行计算和分析，并采取相应的解决办法。
本文主要运用了有限元软件对高速电主轴永磁电机永磁体的涡流损耗进行分析，以得到永磁体涡流损耗的大小和分布规律，并研究永磁体涡流损耗的影响因素，从而为减小永磁体涡流损耗提供依据。
首先建立高速电主轴永磁电机有限元模型，对模型进行激励源加载和剖分，为涡流损耗的分析奠定基础；然后采用上述模型，计算得到永磁体内涡流损耗的大小和分布；分析正弦波供电和变频器供电下永磁体涡流损耗的特点；最后着重研究不同极槽数、转子磁路结构对永磁体涡流损耗的影响，提出减小涡流损耗的措施，为提高电机性能奠定基础。
针对永磁同步电机自身的特点，通过二维电磁场有限元方法分别求解了空载时和负载时电机永磁体内的涡流。
采用了瞬态分析，根据瞬态计算出的数据绘出了涡流损耗波形，并得出永磁体内的涡流损耗分布图。
最后通过分析波形得出了影响永磁体内涡流的因素以及应采取的措施。
关键词：永磁同步电机；永磁体；涡流损耗；有限元法IAbstractBecause of the magnetic field which is built by permanent magnet, permanent magnet synchronous motor (PMSM) has simplified structure and low cost for its machining and installation. Besides, the operational reliability has also been improved. Benefiting from the absence of the exciting current and the excitation loss, the efficiency and the power density have increased.. The eddy current induced in permanent magnet often lead to heat when the external magnetic field is time-varying. So it is necessary to calculate and analyze the eddy current in rotor and to find solutions.The paper mainly uses the finite element analysis software to analyze high-speed spindle permanent magnet motor eddy current losses in the permanent magnet , so that to get the value and distribution of it. The same time it can study the factors of eddy current loss in the permanent magnet , so as to provide the basis for reducing the eddy current loss.Firstly, finite element model of the high-speed spindle permanent magnet motor is founded , and the model would be load the excitation source and split , all are laying the foundation for the analysis of eddy current loss ; Then using the above model ,to calculate the value and distribution of eddy current loss in the permanent magnet; characteristics of eddy current loss the permanent magnet under the sine wave power and inverter power is analyzed later; finally focusing on different poles number of slots, the structure of rotor magnetic circuit affect the eddy current loss in the permanent magnet , and take the measures to reduce eddy current loss , to lay the foundation for improving motor performance.Based on the actual structure of disc type permanent magnet synchronous machines, the magnet field of the machine and the eddy current in the rotor are solved by two-dimensional finite element method (FEM). The calculation is carried out under the condition of load and no-load, respectively. It includes the eddy current caused by the teeth of the stator and the different eddy currents under different running speed conditions. After solution, the magnetic vector potential waveformsIIand the eddy current waveforms are drawn according to the result data, and distribution figures of the eddy current losses are also obtained. Some influencing factors on the eddy current in the permanent magnet are concluded. Some effective measures are taken according to the analysis of the waveforms.Keywords: permanent magnet motor；permanent magnets；eddy current loss；finite element methodIII目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1高速电主轴永磁同步电机国内外发展状况 (1)1.2 永磁体涡流损耗的研究现状 (3)1.3 本课题研究意义及内容 (5)1.3.1 本课题研究的意义 (5)1.3.2 本课题研究的内容 (5)第2章永磁电机转子永磁体内的瞬态场及其分析方法 (7)2.1 电机电磁场的基本理论依据 (7)2.1.1 电机电磁场的数理基础 (7)2.1.2 边界条件的类型及处理方法 (8)2.2 二维瞬态场分析的特点及其数学模型的建立 (9)2.3 高速永磁同步电机永磁体内瞬态场的求解 (12)2.3.1 求解电机电磁场问题的数学方法 (12)2.3.2 分析涡流场的具体方法 (14)第3章高速永磁同步电机永磁体内涡流损耗的计算分析 (15)3.1 永磁体涡流损耗的有限元计算分析 (15)3.1.1 转子内永磁体涡流损耗的计算 (16)3.1.2 空载情况下永磁体涡流损耗的计算与分析 (16)3.1.3 负载情况下永磁体涡流损耗的计算与分析 (19)3.1.4 不同极槽配合永磁体涡流损耗对比分析 (21)3.2 本章小结 (23)第4章分析永磁体涡流损耗对永磁电机性能影响 (25)4.1 永磁体涡流损耗的影响因素 (25)4.2 减小永磁体涡流损耗的措施 (27)第5章总结 (29)参考文献 (31)致谢 (34)I第1章绪论1.1高速电主轴永磁同步电机国内外发展状况永磁电机具有节能高效、结构简单等一系列优点，在当今世界能源短缺的情况下，备受国内外专家学者和业内人士的普遍关注，是电机行业发展中的热点话题，其应用领域也正在不断地扩展。
横向磁场永磁电机的发展和研究现状
而产 生杂 散磁 通 ，从而 削弱 主磁 通 。有 导磁 设计 出的一种 外转 子 结构ＴＰ 等 等 。 ＦＭ （ ）电机 的每 相 都完 全 独 立 ， 因此 相 回路通 过带辅 助 磁桥 ，可提 高永 磁体 的利 用 １ 电磁 场 的计 算 分 析 不 仅 可 指 导 电机 结 与相之 间 没有 电磁耦 合 ，可提 高 电机 的容错 率 ，但 结构会 较 为复杂 。 图１（ ）就 是加 了 构 的设 计 ，而且 可直接 应用 于Ｔ Ｐ 的性 能分 ｂ ＦＭ 能力 。 Ｉ 形导磁 回路 。Ｉ 形导磁 回 路做成 特殊 的三 角 析 。不 同于传 统 的 电机 已经 形成 了成 熟 的 电 机 设计 理论 和技 术 ，且横 向磁 场永磁 电机 磁 路 呈三 维分布 ，不 同于传 统 电机 的二 维场 ， 因此需 要对Ｔ Ｐ 三维 场建 模进 行分析 。三 维 ＦＭ 模 型有 限元 计 算 要 比二 维 模 型 数 据 量 多 很
性 的永磁 体 。 电机通 电后 ，定子磁 场通 过转 子两 边相 对齐 的铁 心 闭合 。平板 式结构 可 以 分 为无 导磁 回路和 有 导磁 回路两 种 。无 导磁 回路 结构 简单 如 图ｌ（ ） ，但是 永磁 体利用 ａ 率 相对较 低 ，一 半的永 磁体 因没 有导 磁回 路
也 相 应 提 出 了 自己 的Ｔ Ｐ 拓 扑 结 构 。如 上 ＦＭ
了展 望 。
【 关键词 】横 向磁场 ；拓扑结 构； 自 定位转矩 ；功率 因数
基于正交设计和支持向量机的横磁通永磁电机参数优化
基于正交设计和支持向量机的横磁通永磁电机参数优化
包广清;郑文鹏
【期刊名称】《应用基础与工程科学学报》
【年(卷),期】2012()5
【摘要】漏磁系数是永磁电机的一个重要参数,它标志着磁路设计的合理性和永磁体的利用率.本文将正交设计、支持向量机以及粒子群智能优化算法相结合,提出一种横磁通永磁电机漏磁优化设计方法.首先,在基于标量磁位求解的三维有限元模型基础上,确定对空载漏磁系数敏感度较高的设计参数;其次,通过正交试验建立参数样本空间,并运用固定尺度最小二乘支持向量机实现电机漏磁系数的非线性回归建模,为电机优化所需的大规模迭代运算提供高效的计算模型;最后利用粒子群算法进行以空载漏磁系数最小为目标的寻优操作,并得到最优方案.对一台30kW聚磁式横磁通永磁同步电机进行参数优化,结果表明在满足输出转矩要求的约束条件下降低了漏磁,充分证明了建模和优化设计的正确性和工程实用价值.
【总页数】10页(P912-921)
【关键词】横磁通永磁电机;优化设计;正交设计;支持向量机;粒子群算法
【作者】包广清;郑文鹏
【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院;中国电子科技集团公司第21研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM301
【相关文献】
1.一种新型横向磁通永磁电机的建模与参数优化 [J], 包广清;江建中
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3.轴向磁场磁通切换永磁电机定子结构参数优化 [J], 张磊;顾娟
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双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的基础分析
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要横向磁通电机作为一种新型电机，实现了电机电负荷磁负荷的解耦，可以大幅度提高电机的推力密度，这种低速大推力的电机显示了广阔的应用前景，因此对这类电机的研究是很有价值的。
本文在已有横向磁通电机的基础上提出了一种新型双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机，很好的解决了传统横向磁通电机两个相邻初级铁心间隔一个极距的缺陷，大大提高的电机的推力密度。
本文在对这种电机的理论研究下，得到了BCTF电机的设计方法，并制作了样机进行验证。
本文首先对BCTF电机的磁路模型进行了分析，得到了电机空载反电势、电磁推力、每相电阻、每相电感的表达式，构建了完整的数学模型。
在分析磁路模型之后，对电机的参数尺寸进行了分析，得到了电机的主尺寸对推力密度的关系，在保证推力密度最大的前提下设计电机的初级、次级尺寸，得到了完整的BCTF电机的设计流程。
对所得尺寸电机进行有限元分析，验证设计方法。
采用ANSOFT12软件，对电机的齿宽、极距、初级单元厚度等进行了仿真分析，在保证推力密度的前提下尽量减小电机定位力与漏磁，得到电机的优化尺寸制作一台380W三相圆筒型样机，对所得样机进行实验分析，测得反电势、推力、电阻值，通过实验与仿真结果，验证BCTF电机设计方法的准确性。
关键词：双向交链；横向磁通；圆筒型电机；磁场解析：有限元分析- I -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThe transverse flux configuration motor as a new motor carry out the decoupling of the electrical load and the magnet load.which can greatly improve the motor’s thrust density.the l ow-speed high-thrust motors show a broad application prospects.the motor is valuable.In this paper, a new Bidirectional Crosslinking transverse flux cylindrical linear permanent magnet synchronous motor (BCTFCLPMSM) has been proposed based on transverse flux motor, to solve the the defect of traditional transverse flux motor interval of two adjacent primary core.thereby the of the motor's thrust density has been greatly increased. In this paper, the theoretical study of this motor and get the way of BCTF motor design and produced a prototype for validation.This article firstly analyzed BCTF motor circuit, and get the motor no-load EMF, electromagnetic force, per phase resistance, inductance per phase expression, building a complete model.After analyzing the magnetic circuit model, the parameters of the motor size was analyzed, and get the relationship between thrust densityand the main dimensions of the motor, under the premise of the thrust density ensuring the highest, get a complete BCTF The motor design process.Then use finite element analysis to verify design methods. By ANSOFT12 software, the motor tooth width, pole distance, the thickness of the primary unit of a simulation analysis, the premise of ensuring the thrust density to minimize orientation force and leakage flux motor positioning to get optimal size of the motor.Made a 380W motor,After the analysis of the obtained experimental prototype, the EMF, thrust, resistance, through experimental and simulation results to verify the accuracy of BCTF motor design.Keywords: Bidirectional Crosslinking; transverse flux;cylinder motor; field analysis;finite element analysis- II -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.1.1 课题的来源与意义 (1)1.1.2 横向磁通电机的概述 (2)1.1.3 横向磁通圆筒型直线电机的概述 (2)1.2 横向磁通电机的国内外研究现状 (4)1.2.1 横向磁通电机结构研究现状 (4)1.2.2 国内外横向磁通直线电机的研究现状 (13)1.2.3 国内外横向磁通电机的三维电磁场分析方法 (16)1.2.4 横向磁通电机设计方法总结 (17)1.3 论文的主要研究内容 (18)第2章BCTF圆筒型直线电机的工作原理和数学模型 (19)2.1 BCTF圆筒型直线电机的基本结构 (19)2.1.1 初级结构 (20)2.1.2 次级结构 (22)2.1.3 BCTF圆筒型直线电机的绕组 (22)2.2 BCTF圆筒形直线电机的运行原理 (23)2.3 BCTF圆筒型直线电机的磁场分析 (25)2.4 BCTF圆筒型直线电机数学模型的建立 (27)2.4.1 BCTF圆筒型直线电机的空载反电势 (28)2.4.2 BCTF圆筒型直线电机的电阻参数 (30)2.4.3 BCTF圆筒型直线电机的电感参数 (32)2.4.4 BCTF圆筒型直线电机的推力方程 (36)2.5 小结 (37)第3章BCTF圆筒型直线电机设计方法的研究 (39)- III -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.1 引言 (39)3.2 BCTF圆筒型直线电机电磁设计 (39)3.2.1 BCTF圆筒型直线电机的主要尺寸 (41)3.2.2 BCTF圆筒型直线电机的初级尺寸设计 (45)3.2.3 BCTF圆筒型直线电机的次级尺寸设计 (49)3.3 小结 (51)第4章BCTF圆筒型直线电机的优化仿真 (52)4.1 引言 (52)4.2 仿真模型的建立 (52)4.3 BCTF圆筒型直线电机尺寸优化 (55)4.3.1 电磁力的优化分析 (55)4.3.2 定位力的优化分析 (58)4.3.3 功率因数与电机漏磁的优化分析 (59)4.4 小结 (63)第5章电机的特性分析 (64)5.1 引言 (64)5.2 实验平台的构建 (65)5.3 BCTF圆筒型直线电机的特性研究 (66)5.4 样机存在的问题以及改进 (69)5.5 小结 (71)结论 (72)参考文献 (73)攻读学位期间发表的学术论文 (76)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (77)致谢 (78)- IV -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题的背景及意义1.1.1课题的来源与意义近年来，大功率的电气传动技术得到了飞速的发展，但安装空间的不足制约了其进一步的发展，为此对于低速、大推力密度电机的研究越来越广泛，由于传统电机齿槽设计之间的矛盾，很难达得到较高的推力密度，由此，横向磁通永磁直线电机（Transverse Flux Linear Permanent-magnet Synchronous motor,简称TFLPMSM）应运而生。
动磁式横向磁通直线振荡电机建模分析
Abstract : A va ilable m ov ing m agnet linear oscillatory m o tor has m any disadvantages such as comp lex structure and f lux leakage . So a novel m ov in g m agnet transverse flux linear osc illatory m otor w as presen ted , th is mo tor has th e character is tics o f light w e ig ht o f m over , si m ple m anufacture process, good fo rce character is tics . B ased on equ iv a lent m agnetic c ircu it m ode,l the expression of e lectrom agnet ic force w as estab lished . F or m ula d isplay that electrom agnetic force coefficient has relat io nship w ith the mo tor struc ture para m eters and per m anent m agnet but no tw ith the position of m over . In order to verify the equ iv alen t m agnetic c ircu it m ode l and ana ly ze the m o tor , the 3D fin ite elem ent m odel w as estab lished . Then the m agnetic field in air gap w as analyzed and the effect of per m anent m agnet and outsid e stator s ax ia l leng th on stroke w as investigated on the basis of th e 3D finite elem ent m ode.l F in ally , the characterist ic s of m otor w as researched by correspondin g experi m en. t T he m odels w as va lid ated by exper i m enta l resu lts . A ll analysis results are benefit to m otor s ' opt i m al desig n . K ey w ord s : transverse flux; m ov in g m agne; t lin ear oscillatory m otors; m agnetic c ircu i; t finite e lem ent
横向磁通开关磁链永磁直线电机的拓扑结构研究
鲁东大学学报（自然科学版）Journal of Ludong University( Natural Science Edition)2018,4(1) ：14—19横向磁通开关磁链永磁直线电机的拓扑结构研究赵玫，魏尧，杨洪勇，邓冠龙，徐明铭(鲁东大学信息与电气工程学院，山东烟台264039)摘要:横向磁通开关磁链永磁直线电机的磁通路径与电枢绕组中的电流在空间上相互垂直，实现了电负荷与 磁负荷的解耦，从而使其力密度得到提高.针对横向磁通开关磁链永磁直线电机，本文阐述了横向磁通永磁 直线电机的磁路结构和工作原理,提出了几种拓扑结构.通过有限元数值计算分析并对比了不同拓扑结构电 机的气隙磁场分布、绕组磁链、反电势等特性曲线，为确定最佳拓扑结构奠定了基础.关键词:横向磁通;开关磁链;永磁直线电机;拓扑结构中图分类号:TM359.4文献标志码：A文章编号：1673-8020(2018 )01-0014-06近年来，随着磁悬浮列车、舰船电力推动等大 功率电气传动技术的发展，人们对高推力密度电 机的需求日益迫切.提高电机的推力密度是电机 设计领域的重要研究课题[1].对于传统磁路结构 的电机，可通过优化设计、选用高性能的磁性材料 来提高出力，但其效果有限，使得在某些领域仍然 采用旋转电机配合滚珠丝杠的方式.若要大幅度 提高推力密度，必须从结构和原理上提出新的思 想•横向磁通开关磁链永磁直线电机（transverse flux flux-switching permanent magnet linear machine ，TFFSPMLM )结合了横向磁通永磁直线电机和开 关磁链直线电机双重特点[2—10].通过改变磁路结 构，使电负荷和磁负荷相互解耦，从而在一定范围 内通过提高磁能变化率来提高电磁力•其绕组和 永磁体放置在较短的动子侧，定子是由硅钢片叠 压而成，结构简单，推力密度较高，具有较好的容 错性[11].本文首先阐述横向磁通开关磁链永磁直 线电机的磁路结构和工作原理，在此基础上提出 四种拓扑结构，以气隙磁密、绕组磁链、反电势作 为优化目标，通过有限元数值计算分析该电机的 气隙磁场分布、绕组磁链等特性曲线，从而为确定 最优的拓扑结构提供参考依据[12—1].1TFFSPMLM 的结构特点本文提出了一种新型高力密度、高可靠性的横向磁通开关磁链永磁直线电机.如图1，其定子 由两个c 型定子铁心组成，其内部三面墙（上、 下、中）均匀设置有多个间距相等的条形槽，定子 上、下齿相对，中间齿分别与上下槽相对，c 型定 子以镜像方向分别设置于动子的两侧，结构简单; 动子由永磁体、U 型凸极铁心、连接板和电枢绕组 组成.连接板的两端分别各有三个凸极铁心，每个 凸极铁心有3个U 型齿，U 型齿中间嵌有切向充 磁的永磁体（N -S -N ).三组单相动子模块放置在定子中，相与相之 间沿运动的方向距离120度的电角度组成横向磁 通开关磁链永磁直线电机的三相结构，三相结构 示意图如图2所示.收稿日期：017-12-20;修回日期：017-01-05基金项目：国家自然科学基金（51407088)第一作者简介:赵玫（1983—)，女，山西晋中人，副教授，博士，研究方向为嵌入式系统.E -m ail :m eip em a lity @126.om第1期赵玫，等:横向磁通开关磁链永磁直线电机的拓扑结构研究15图4原始模型结构图5为原始模型气隙磁密的波形，其上部和 下部气隙磁密的左右两端各有一段异常高的磁通 密度，数值高于1. 4 T .通过上章介绍的磁通回路 原理（见图3 )，横向磁通开关磁链永磁直线电机 的主磁通路径是指永磁体1，2的N 极通过聚磁， 沿着电机中部的气隙，通过初级、次级流到永磁体 2和3的S 极;而永磁体1，4的S 极，永磁体3,6 的N 极并不是主磁通的组成成分.两侧异常高的 数值反映了这段漏磁的磁密.20 t -------上部气隙15--------中部气隙 ^^…下部气Iff、_0 510 1520 25 30 35位移/mm图5原始模型的气隙磁密波形主磁通的磁密是位移在10 mm 和15 mm 之间的这一段气隙磁密.通过气隙的磁密图得出，上 部和下部的主磁通磁密为0. 5 T ，中部的气隙由 于聚磁效应，可达到0.6 T .相比于气隙磁密，绕组磁链更能直观的反映 出横向磁通开关磁链永磁直线电机是否具有横向 磁通的特性.图6所示的绕组磁链电机上部绕组 的合成磁链与下部绕组的合成磁链大小相同、方 向相反;而中部绕组的合成磁链恰好等于上下绕 组磁链值的绝对值之和.由此可见，横向磁通开关 磁链永磁直线电机的主磁路是上下绕组的磁通朝图2 TFFSPMLM 三相结构2TFFSPMLM 的工作原理图3为单相电机的单边磁力线走向示意图.通过合理设计初级极距/次级极距，使得上下凸极 中的永磁体发出的磁力线分别聚磁后，通过连接 板到达同一边的凸极铁心中部永磁体，通过气隙 和次级铁心回到起始凸极铁心，形成两个主磁通 回路，其所在平面与电机运动方向相垂直，即电机 主磁通为横向磁通.图3 TFFSPMLM 磁力线走向示意图TFFSPMLM 的拓扑结构及电磁分析3.1 TFFSPMLM 原始拓扑结构原始拓扑结构的横向磁通开关磁链的电机结构如图4所示，其动子的齿尖朝向电枢绕组所在 的凹槽的方向突起，且永磁体通向动子铁心轭部. 在理论上，永磁体直通动子轭部的结构会阻断左 右两块轭部磁钢的极间漏磁，降低漏磁系数，从而 增大电机的气隙磁密.-0.16鲁东大学学报（自然科学版)第34卷着动子的中部聚磁，由于磁场的相互作用，迫使汇 集的磁通穿过电机中部的气隙，再由定子回到上、 下部的过程.由此验证了横向磁通开关磁链永磁 直线电机的横向磁通这一特点.参数相同（除永磁体的高度外）.通过有限元软件 对该模型进行建模和求解，得到该结构的气隙磁 密仿真图（见图8)，永磁体没有通人到动子轭部，主 磁通的气隙磁密是在动子的位置为5 mm 和20 _ 之间的这一段，上、下部气隙磁密的数值大约为0. 5 T ，中部的气隙磁密为0. 6 T .这个结果和上一 章永磁体通人轭部的结构结果并没有特别大的差 异.所以，永磁体是否通人轭部对气隙磁密的增加 几乎没有影响.图8永磁体没有通人动子轭部的气隙磁密波形图9为永磁体没有通人动子轭部的绕组磁 链.从图中可以看出：永磁体没有通人轭部的结构 其电机上部绕组的合成磁链和下部绕组的合成磁 链大小相同，方向相反；中部的绕组合成磁链的绝 对值是上下绕组合成磁链值的绝对值之和，此结 果同样验证了该电机横向磁通的特性.不过在数 值上，永磁体通人轭部的主磁通是大于永磁体没 有通人轭部的结构.图9永磁体没有通入动子轭部的绕组磁链由3. 1节与3. 2节可知，永磁体通人轭部和 没有通人轭部对电机的气隙磁密没有太大的影响' 05 101520 25位移/mm图6原始模型的绕组磁链3.2 TFFSPMLM 改进结构一改进结构一为动子永磁体不通人轭部的结 构.通过上一节的介绍得出，横向磁通开关磁链永 磁直线电机的永磁体直通轭部的这一结构虽然可 增大气隙磁密，但结果增加较为明显的却是漏磁 部分.因此，关于永磁体通人动子轭部这一结构是 否可验证理论的优越性有待验证.为验证永磁体 通人轭部是否具有绝对的优越性，本小节对永磁 体没有通人到轭部的电机结构进行建模和仿真并 分析其性能特点.横向磁通开关磁链永磁直线电机永磁体没有 通人轭部的结构如图7所示.为保证仿真所得的 磁密、磁链等结果与动子的永磁体通人轭部的结 果可以进行比较，故参数设置保持和上一节结构图7永磁体没有通入动子轭部的模型图第1期赵玫，等:横向磁通开关磁链永磁直线电机的拓扑结构研究17的结论;但根据磁链图反映的结果来看，永磁体通 人轭部会增大电机的主磁通，从而增大电机的反 电动势.为了验证永磁体通人轭部是否会对反电 势引起较大的影响，通过仿真计算得到两种结构 下的反电势波形以及谐波分析图，如图1所示.通过两组数据的比较，证明了磁铁通入轭部 确实会增大反电势的数值，但这样的结构又会带 来波动力较大、反电动势正负周期幅值不对称等 新的问题.因此是否应该选择永磁体通入轭部的 结构还需要根据对电机的实际要求具体分析.-------通底结构._ _ _不通底结构40-^~<的绕组磁链互补.加入磁障的结构模型仿真计算结果如图1所示，由气隙磁密波形图看出：加入磁障后，上下 部分的气隙磁密数值会有所增加，但中部气隙磁 密却无前两种得出的中部磁密大于上、下两部分 磁密的特性.这是因为加入了磁障后，动子“E ”形模块中的永磁体产生的磁力线不会聚集和沿着动 子朝着中部的气隙方向走，而是沿着磁障两边动 子齿通过上下部的气隙迸人到了定子中，也就不 会发生聚磁效应而形成横向磁通.0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50位移/mm图12加人磁障的气隙磁密波形根据图1绕组磁链图得出中部绕组的最低点 的绝对值是0.02 Wb ，而上下部绕组的磁链的最大 值也均高于0.015 Wb ，两者几乎相等，而本电机横 向磁通特有的中部绕组磁链的绝对值并非等于上 下部绕组的绝对值之和.因此本结构的设计并不 符合本文所介绍的横向磁通.本电机的设计更符 合普通的开关磁链直线电机，其内部是二维磁场 即磁力线走向的平面和电机的运动方向平行.0 5 1015 20 25位移/m m(a )反电势(b )谐波分析图1永磁体通人动子轭部与不通人轭部两种结构下的反电势及谐波分析3.3 TFFSPMLM 改进结构二图11为改迸结构二，这种结构在动子的凸极 之间加入磁障，使动子的上、中、下部分别构成两 个“ E ”型模块，从而使电机的磁路互补，从而增加 反电势的正弦度优化了电机性能.因此，本文所研 究的横向磁通开关磁链永磁直线电机在单相动子 的模块中加人磁障，通过改变磁障的宽度，使电机20-20-40-60X /炮讀鍇矿18鲁东大学学报（自然科学版)第34卷大于3. 1节与3. 2节提出的模型.磁链图也同样 反映出该结构的横向磁通特点.显然这种倒角的 特殊设计无论在理论上，还是实际上，磁密值都具 有优越性.0 510 1520 25 30 35 40位移/mm图15特殊倒角结构的气隙磁密图16特殊倒角结构的绕组磁链在3. 2节中没有对永磁体通入轭部是否有较 好的电磁特性给出定论，因此在此给出开关磁链 永磁直线电机永磁体通入轭部和没有通入轭部两 种情况下的比较.如图1所示，对比特殊倒角结 构下的永磁体通入轭部与永磁体没有通入轭部的 结构，永磁体通入动子轭部结构的反电势幅值会 略大于永磁体没有通入到定子轭部的结构，但其 反电势的正弦度显然要差很多，而且各次谐波的比例也很大，正负周期幅值不对称，这些问题势必 会带来波动力、影响电机寿命等一■系列冋题.综上 所述，横向磁通开关磁链永磁直线电机的结构确 定为特殊倒角设计下的永磁体没有通入轭部的 结构.图13加人磁障的绕组磁链3.4 TFFSPMLM 改进结构三图14为改进结构三，对横向磁通开关磁链电 机的动子齿做了特殊的倒角设计.传统的开关磁 链电机在设计的时候保持着槽宽、齿宽、永磁体的 宽度相同.但是在实际上，永磁体的宽度应当能够 根据设计的需求而灵活的变化，所以，本节在动子 齿上进行特殊的倒角设计.该结构影响电机主要 性能的参数有开口的宽度、凹槽的宽度以及动子 齿的宽度.该结构的优势是永磁体的宽度以及高 度变化时，动子齿尖、永磁体下方的开口宽度、绕 组所在的槽口宽度可保持不变，更有利于提高反电势的正弦度.图14TFFSPMLM 特殊倒角结构模型图1为该结构仿真的气隙磁密曲线，图16 为该结构的绕组磁链图.上、下部的气隙磁密达到 了 0.6 T ,中间的气隙磁密达到了 0.9 T ,其数值第1期赵玫，等:横向磁通开关磁链永磁直线电机的拓扑结构研究191234567891011谐波次数(b)谐波次数图1特殊倒角结构下的永磁体通人扼部与没有通人扼部的比较4结论横向磁通开关磁链永磁直线电机具有横向磁 通直线电机的磁负荷和电负荷解耦、开关磁链永 磁直线电机的结构可靠以及出力密度大等优点. 绕组和永磁体都在较短的动子结构上，定子仅由 硅钢片叠压而成.因此，该结构在垂直运输系统、电磁弹射等方面具有广阔的应用前景.针对横向 磁通开关磁链永磁直线电机众多的拓扑结构，本 文通过有限元软件对各种结构进行分析和求解，主要通过气隙磁密和绕组磁链分析来确定各个结 构的合理性.其中，在针对动子的永磁体是否需要 通人到动子的轭部的问题时，则是求解模型的反电势,从而确定永磁体没有通入动子轭部的结构具有较好的特性，为横向磁通开关磁链永磁直线电机的样机研制提供了尺寸参数.参考文献：[1]李艳明，彭雪明，梁晓龙，等.基于磁通切换永磁直线电机的导弹电磁发射技术[J].高电压技术，2016,42(9)：2830-2834,[2]赵玫，邹继斌，王骞，等.圆筒型横向磁通永磁直线电机的基础研究[J].电工技术学报,2014(1) :80-89. 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横向磁场永磁电机及其驱动系统研究的开题报告
横向磁场永磁电机及其驱动系统研究的开题报告一、研究背景及意义永磁电机作为一种高效、环保的电力转换设备，已被广泛应用于工业、交通、农业等领域。
然而，传统的永磁电机存在转矩密度低、驱动器体积大等问题，难以满足日益增长的应用需求。
因此，开展新型永磁电机及其驱动系统研究至关重要。
横向磁场永磁电机是近年来出现的一种新型电机，其具有磁场分布均匀、转矩密度高等优点，可应用于高速驱动系统、航空航天等领域。
因此，开展横向磁场永磁电机及其驱动系统研究，对于推进我国永磁电机技术的创新和发展，具有重要意义。
二、研究内容及思路本文将研究横向磁场永磁电机的结构、性能及其驱动系统的设计与控制。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 横向磁场永磁电机结构设计。
结合永磁材料磁学特性，设计出合理的永磁电机结构，使其磁场分布均匀、转矩密度高，满足实际应用需求。
2. 横向磁场永磁电机性能分析。
基于磁场分布和电机工作原理，分析永磁电机的电磁特性（转矩、功率、效率等），为后续研究提供理论基础。
3. 横向磁场永磁电机驱动系统设计。
基于电机电磁特性和应用需求，设计出合适的驱动系统，包括电机控制器、功率放大器等，保证电机稳定运行。
4. 横向磁场永磁电机控制策略研究。
采用现代控制理论（如PID控制、模糊控制等），制定出合理的控制策略，使电机性能达到最佳状态。
三、研究方法及预期成果本研究将采用实验、仿真和分析相结合的方法进行。
具体包括：1. 利用有限元软件（如ANSYS）对横向磁场永磁电机的结构和磁场分布进行仿真分析。
2. 搭建横向磁场永磁电机实验平台，进行电机性能测试和控制策略验证。
3. 基于仿真和实验数据，分析电机及其驱动系统的性能，制定出优化方案。
预期成果包括：1. 横向磁场永磁电机结构设计方案。
2. 横向磁场永磁电机性能分析报告，包括转矩、功率、效率等评价指标。
3. 横向磁场永磁电机驱动系统设计方案及控制策略。
4. 一篇完整的毕业论文，并提交相应的学位论文答辩材料。
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横向磁通永磁直线电机损耗的研究
赵玫;邹继斌;韩辅君;杨洪勇;刘慧霞
【期刊名称】《电机与控制学报》
【年(卷),期】2014(018)011
【摘要】针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.
【总页数】8页(P29-36)
【作者】赵玫;邹继斌;韩辅君;杨洪勇;刘慧霞
【作者单位】鲁东大学信息与电气工程学院,山东烟台264025;哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;鲁东大学信息与电气工程学院,山东烟台264025;鲁东大学信息与电气工程学院,山东烟台264025;鲁东大学信息与电气工程学院,山东烟台264025
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
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