基于Ansys10.0的Halbach永磁电动机设计分析
基于Halbach阵列的永磁直线电机的有限元分析
基于Halbach阵列的永磁直线电机的有限元分析作者：党常亮来源：《科技资讯》2013年第01期摘要：本文介绍了永磁体的一种新型排列方式—Halbach阵列。
将此阵列引入到永磁直线电机的设计中，利用有限元分析软件ANSYS进行了建模和仿真，绘制了磁场分布曲线，电磁力分布曲线以及气隙分布密度曲线等。
关键词：Halbaeh阵列永磁直线电机 ANSYS 有限元中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0003-03直线电机在原理上，与传统的旋转电机完全一样，它能将电能直接转换成直线运动的机械能，并且不需要任何中间转换机制。
随着科学技术的快速发展，直线电机在很多领域中都发挥着越来越重要的作用。
例如：在交通运输业，直线电机被广泛应用于磁悬浮列车中，时速可以达到每小时500 cm；在国防工业中，它可用来制造各种电磁炮，同时在火箭和导弹的发射领域也有着令人期待的应用前景。
永磁直线电机融合了永磁电机和直线电机的双重特点，与一般的直线电机相比，永磁直线电机的力能指标更高，重量更轻，体积更小，并且具有发电制动功能，因而其应用范围也更为广泛[1]。
Halbach 阵列是一种新型永磁体的排列方式，与传统的切向或径向式排列方式相比，有其独有的特点，若将其与永磁直线电机相结合，将会对电机的结构形式、工作原理及性能指标等产生重要的影响[2]。
本文利用有限元分析软件ANSYS对Halbach永磁直线电机进行了数值分析，得到磁场分布，电磁力分布，磁场强度分布等等，并对结果进行了比较和后处理。
1 Halbach电机的工作原理和特点1979年8月，美国伯克利实验室的物理学家K.Halbach发表了一片题为《Design of Permanent Multiple Magnets with Oriented Rare Earth Cobalt Material》的论文。
在这篇论文中，针对永磁体的构造，他提出了一种新颖的设计方法，即利用永久磁铁的分布来形成正弦磁场（见图1）。
基于Halbach永磁阵列的高精度平面电机的研究的开题报告
基于Halbach永磁阵列的高精度平面电机的研究的开题报告题目：基于Halbach永磁阵列的高精度平面电机的研究一、研究背景随着现代工业的发展和对精度要求的不断提高，传统的机械驱动方式已不能满足现代制造业的需求。
电机驱动技术的迅速发展使得高精度线性运动系统得以实现，这种系统广泛应用于半导体生产、精密机械加工、光学仪器及医疗设备等领域。
在这些领域中，高精度平面电机作为一种关键的运动控制设备，其稳定性、精度和响应速度等指标直接影响到整个设备的性能。
二、研究目的本研究旨在设计一种基于Halbach永磁阵列的高精度平面电机，通过优化电磁学结构和控制方法，实现更高的精度和效率，满足现代制造业对高精度运动系统的需求。
三、研究内容1. 掌握Halbach永磁阵列的基本原理，设计出合适的阵列结构；2. 分析平面电机的电磁学原理和性能，优化电磁学结构，改善电机效率；3. 设计高精度的位置传感器和控制算法，提高电机的控制精度；4. 实验验证设计的高精度平面电机的性能，评估其在精密加工领域的应用潜力；5. 创新发展：在实验验证过程中发现设计或理论存在问题或不足之处时，对问题或不足之处提出新的改进或发展方案，以更好地满足应用需求。
四、研究方法1. 基于有限元分析软件，对不同的Halbach永磁阵列结构进行电磁学建模和磁场分析，优化电机电磁学结构；2. 设计高精度位置传感器并进行控制算法的设计和优化，提高电机控制精度；3. 建立高精度平面电机的实验平台，进行电机参数测量和性能评估；4. 利用MATLAB等数学软件，对实验数据进行分析和处理，得到电机性能曲线和相关参数，评估电机的性能和应用潜力；5. 在实验过程中发现设计或理论存在问题或不足之处时，对问题或不足之处进行深入分析，并提出新的改进或发展方案。
五、预期结果设计出一种基于Halbach永磁阵列的高精度平面电机，具有更高的精度和效率，能够满足现代制造业对高精度运动系统的需求。
改进型Halbach阵列的永磁同步电机分析与设计
the air gap of the motor. The expressions of air gap magnetic flux density and no-load back EMF were obtained. The Max鄄
well stress tensor method was used to analyze the electromagnetic torque. By designing an 8 kW motor model, the field fi鄄
nite element analysis was used to verify the accuracy and effectiveness of the introduced method.
摇
Key words:Halbach permanent magnet array, electromagnetic torque, finite element analysis, Maxwell stress tensor
机 分
设计了不同形式Halbach阵列的组合结构。文献[1 -
析 2] 提出了双层 Halbach 结构,采用双层 Halbach 来
詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪
Halbach
D 摇詪詪摇
设计分析 esign and analysis
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摇 摇 2019 年第 47 卷第 7 期摇 摇
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改进型 Halbach 阵列的永磁同步电机分析与设计
电动车用Halbach永磁轮毂电机的分析设计
［ １ ］吴 振 国 ．继 电 保 护 二 次 回 路 问 题 引发 的 故 障 与 防 治 措 施 ［ Ｊ 】 ．企 业技 术开发 ， ２ ０ １ ３ ， ０ ８（ ２ ０ ） ： ８ １ ＋ ８ ４ ．
Ｌｉ ． Ａ ｎ ｅ ｗ ｅｆ ｆｉ ｃｉ ｅｎｔ ｐ ｅ ｒ ｒ ｌ ｌ ａｎ ｅ ｎｔ — ｍａ ｇ ｎ ｅｔ ｖｅ ｒ ｎｉ ｅ ｒ ｍ ａｃ ｈｉ ｎｅ ｆ ｏｒ
参考文献 ： ［ １ ］ 黄苏融． 现 代盘 式 车轮 电机设 计技 术 ［ Ｊ ］ ．电机技 术 ，２ ０ ０ ５ （ ０ ３ ）
１ ７ ５
柬工案 技术
电 力 技 术
涡 磁场 ，从而 形成 一个强 大的保 护流 ，让干扰 电压无 法地道 芯线 ， 从 而保 证 了芯 线的 正常 工作 。该方法 的操 作难 度小 ，使 用 方便 ，是
设 备 操 作 不 当 引起 的 干 扰 ，实 际抗 干 扰 工 作 时 ，还 需 结 合 干 扰
［ ４ ］ Ｃ ｈ ｕ ｎ ｈ ｕ ａ Ｌ ｉ ｕ ，Ｊ ｉ ｎ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ，ａ ｎ ｄ Ｋ ．Ｔ ．Ｃ ｈ ａ ｕ ， ” Ａ Ｎ ｏ ｖ ｅ １ Ｆ １ ｔ ｌ Ｘ —
Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ１ １ ａ ｂ１ ｅ Ｖ ｅｒ ｎｉ ｅｒ Ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎｔ － Ｍａ ｇ ｎｅ ｔ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎ ｅ ．” Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ． Ｍ ａ ｇ ｎ ． ， Ｖ Ｏ１ ． ４７ ， ｎ ｏ ． １ ０ ， Ｐ Ｐ ： ４ ２ ３ ８ — ４ ２ ４１ ， Ｏ ｃｔ ｏ ｂ ｅ ｒ ． ２ ０ １ １ ．
分块式halbach型磁钢的永磁同步电机解析
分块式halbach型磁钢的永磁同步电机解析分块式Halbach型磁钢的永磁同步电机是一种新型的电机结构，它采
用了Halbach型磁钢排列方式，通过将磁钢分成若干个块状结构，使得电
机的磁场分布更加均匀，从而提高了电机的效率和性能。
具体来说，分块
式Halbach型磁钢的永磁同步电机由若干个磁钢块组成，每个磁钢块都是
由若干个小磁块组成的。
这些小磁块的磁场方向按照Halbach型磁钢的排
列方式排列，从而形成了一个均匀的磁场分布。
在电机运行时，电流通过
定子线圈产生旋转磁场，这个旋转磁场与永磁体中的磁场相互作用，从而
产生了电机的转矩。
由于分块式Halbach型磁钢的永磁同步电机的磁场分
布更加均匀，因此电机的效率和性能都得到了提高。
此外，分块式
Halbach型磁钢的永磁同步电机还具有结构简单、体积小、重量轻等优点，适用于各种场合的应用。
因此，它在电动汽车、风力发电、机器人等领域
具有广泛的应用前景。
新型外转子Halbach永磁阵列定子无铁心电机设计与分析
新型外转子Halbach永磁阵列定子无铁心电机设计与分析南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室的研究人员耿伟伟、张卓然，在2015年第14期《电工技术学报》上撰文，具有气隙磁密正弦、磁密高等优点的halbach阵列永磁外转子电机应用于飞轮储能系统的电动/发电机可以有效提升系统集成度，简化系统结构，提高系统功率密度。
本文研究分析新型外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的转子结构和定子绕组设计方法；通过有限元方法分析了磁场分布和定子绕组损耗；研究定子绕组区域磁场分布变化特征，采用每匝绕组线圈内部导体换位技术有效抑制线圈导体内部之间的环流；最后，通过场路耦合方法分析定子绕组电流对转子永磁体涡流损耗影响。
本文优化设计的200kW外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的机电能量转化效率高达99%以上。
飞轮储能系统是一种将旋转动能加以储存的新型的高效机械储能技术。
电动/发电机是整个飞轮储能系统机电能量转化的核心部件，永磁电机具有结构紧凑、功率密度高等优势从而成为飞轮储能系统电动/发电机的优选技术[1-3]。
但是，飞轮电机需要解决的一个关键技术问题是空载损耗极小，额定效率高，且具有强过载能力；特别是针对飞轮储能系统的电动/发电机转子处于真空室内，转子散热困难的问题，最大限度减小转子涡流损耗也是其主要设计难点。
外转子永磁电机具有结构紧凑节约空间、转动惯量大、高效低噪等优点，适合应用于飞轮储能系统。
国内外学者针对外转子电机的研究主要集中在结构拓扑、电磁特性和优化设计等方面[4~7]。
Halbach 永磁阵列转子具有气隙磁场分布正弦度高从而减小空间谐波带来的转矩脉动、单边磁屏蔽能力有效增大气隙磁场强度等特性[8~10]，有利于实现外转子拓扑结构。
更为重要的是，为了提高飞轮电机的过载能力和最大限度的降低空载损耗，定子无铁心电机消除了高速运行条件下的空载铁心损耗。
韩国学者开发一种飞轮储能无铁心电动/发电机，其结构为径向双转子halbach永磁阵列结构，输出功率为30kW，最高转速达到20000rpm[11~12]。
Halbach磁体结构的外转子永磁电机设计分析优秀doc资料
Halbach磁体结构的外转子永磁电机设计分析优秀doc资料中图分类号:TM351文献标识码:A 文章编号:100126848(20200720035203Halbach 磁体结构的外转子永磁电机设计分析孙秋霞1,王法庆2(1.哈尔滨工业大学电气工程学院,哈尔滨150001;2.山东大学,济南250061摘要:介绍了halbach 磁体结构的优点,给出了基于halbach 磁体结构的外转子永磁电机的基本模型。
通过有限元分析,比较了halbach 磁体结构与普通磁体结构的外转子永磁电机,验证了halbach 磁体结构外转子永磁电机优越性,并提出其作为直接耦合风力发电机的可能性。
关键词:Halbach 磁体结构;外转子;永磁电机;有限元分析;风力发电机;设计Analysis of a H albach Array permanent Motor with External R otorSUN Qiu 2xia 1,WAN G Fa 2qing 2(1.Depart ment of Elect rical Engineering ,Harbia Instit ute of Technology ,Harbin 150001,China ; 2.Shandong U niversity ,Jinan 250061,ChinaABSTRACT :In t his paper ,a number of att ractive feat ures of halbach array is p resented first ,and t hen t he basic model of a halbach array permanent motor wit h external rotor is given.Through t he finite element analysis ,halbach array permanent magnet machine is st udied com 2pared wit h t he normal array one ,validate t he advantage of t he halbach array permanent motor wit h external rotor.Finally ,bring forward t he po ssibility using for Direct coupled permanent magnet wind power generators .KE Y WOR DS :Halbach array ;External rotor ;Permanent motor ;Finite element analysis ;Wind power generation ;Design收稿日期:20202032200引言随着永磁电机向高效、高速、高功率密度、微型化方向的发展,传统稀土永磁电机也表现出一定的局限性。
基于ANSYS的新型永磁同步电机优化设计
Ｍａ印ｅｔ８［Ｊ］．Ｎｕｃｌｅ盯Ｉｍ叽ｍｅｎ协∞ｄ
ＭｅｔＩＩｏｄ８，１９８１，
１８７：１０９－１１７．
６７２ ３７．０６７ ｌｌ Ｉ．２０Ｉｌ ８５．３３５２５９．４６９３３３．６０３
［３］
Ｋ．Ｈａｌｂａｃｈ．Ｐｅ巾ｌｒｈ鲥∞Ｅ微嵋ｉＩＩ
２１３－２１５．
ｓ叼ｍｎｔｅｄ ｍ啪Ｅａｒｔｈｃｏｂａｌｔ
通永磁电机的电磁分析方法已经满足不了它的要
求，其设计必须和有限元分析紧密结合起来。其
有限元分析步骤如图４。
转子模型建立
式中，Ｍ＝肌ｏｓ（加）；帆＝±肘ｓｉｎ（加）；口，为径
向单位矢量；‰为切向单位矢量；ｐ为任何一点离 开极轴的角度；Ｐ为电机的极对数；“＋”外转子时
槽形建立
使用，“一”内转子时使用。
如果把每极永磁体均分为厅个无穷小、宽度为 △９的永磁体系列，取这些永磁体系列的径向分解
Ｍｅｔｈｏｄ８，１９８２，１９８：
气隙磁场跨度，ｍｍ
Ｍａ印ｅｔ８［Ｊ］．ＮｕｃｌｅⅡＩｍ呐ｍ吣∞ｄ
图１１艿＝５咖时气隙磁场
［４］
张好明．Ｈａｌｂ”ｈ永磁电动机的计算机辅助设计［Ｄ］．南京 航空航天大学。２００４．
从上述有限元分析中可以看出，在固定永磁 体体积的前提下，通过调节非铁心材料的宽度， 就可以自由调节气隙磁场磁密的大小。不断改变 非铁心材料的宽度，采集其相应的气隙磁密，得
永磁体模型建立
工
网格剖分 磁场分析
值，则这些分解值叠加后可以组成一个正弦磁场。
此磁极磁场不仅有利于减少电机的磁场谐波，提 高电机的转矩性能，而且对于定转子来说不再需 要其它措施来减少谐波，有利于电机的加工。 （２）气隙磁通密度大 在一般永磁电机中，永磁材料都是离散分布， 如果集中各永磁体并插入一系列有规则的永磁体 而形成环面分布的话，便得到了Ｈａｌｂａｃｈ阵列，模 型如图２。图３是利用Ａｎｓｙｓ有限元分析软件得到 的磁场分布图。
Halbach结构永磁电机优化设计
Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｗｕ ａ ３ ０ ３ ｈｎ ） ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｇ ｅｉ ， ｈ ｎ４ ０ ３ ，Ｃ ｉａ ｅ ｉ Ｅ ｎ ｎ
Ａｂｓ ｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ａ ｅｆｄｅ ｉｎｅ ２． ｋ ｐｈ ｓ ｍｐｉｇ ｐｅ ｍａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｍｏｏ ｄ ｌｕ ｉ ｈｅ Ｈａ ｂ ｃ ｔｕｔ ｓ ｌ－ ｓｇ ｄ ２ ５ Ｗ ３－ ａ ｅ ｐｕ ｎ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｔｒ ｍｏ ｅ ｓｎｇ ｔ ｌ ａ ｈ ｓｒ — Ｌ ｒ ｓｅ ｔｂｌｓ ｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ｆ２ Ｄ ｉ ｉｅｅ ｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ Ｔｈ ｎ ｕｅ ｃ ｓｔ ｏｈ ｏ ｌａ ｎｄ ｌａ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｕ ｅｗａ ｓａ ｉｈ ｄ ｉ ｈｅｍｅ ｈ ｄ ｏ － ｆｎｔ ｌ ｍｅ ｔａ ａ ｙ ｉ． ｅ ｉｆ ｎ ｅ ｏ ｂ ｔ ｎ —ｏ ｄ ａ ｏ ｄ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｌ ｏ ｔｒ ｂ ａ ｇｎｇｔ ｅ ｔｉ ｋ ｓ ｆｐ ｒ ａ ｅ ｔｍ ａ ｎｅｓａ ｌ ｓｗｉ ｔ ａｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅｒ ｄｉｌａ ａ ｇ ｎｔ ｌｍａ — ｆｍｏ ｏ ｙｃｈ ｎ ｉ ｈ ｈ ｃ ｎｅ ｓｏ ｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｔ ｓｗｅ ｌａ ｄ ｈ ｒ ｔ ｂ ｔ ｅ ｈ ａ ａ ｎｄ ｔｎ ｅ ｉ ｇ ｏ ａ
关 键 词 ：Ｈ ｌａｈ结 构 ；永磁 电机 ； 化 设 计 ａ ｃ ｂ 优 中 图分 类 号 ： Ｍ ３ ２ Ｔ ５ 文 献 标 志 码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６ ４ （０ ２ Ｏ －０ ６０ Ｔ ０ ： Ｍ ３ １ Ａ １７ — ０ ２ １ ） １ ０ －５ ５ ０
Ｏｐｔｍ ｕｍ ｓｇ ｏ ｌ ａ ｈ Ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｐ ｙ ｎｇ ｔ ｉ Ｄｅ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｈａ ｂ ｃ ｔ ｕ ｔ ｅ Ａｐ ｌ ｉ ｏ
为优化 目标 ， 但其 优 化 过 程 建 立 在 固定 磁 体 配 比
Halbach阵列无轴承永磁电机有限元分析
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Halbach阵列无轴承永磁电机有限元分析
作者：朱烧秋陈雷刚李亚伟周令康姜永将
来源：《电机与控制学报》2013年第04期
摘要：针对气隙磁密对无轴承永磁电机可靠性、转矩脉动及径向悬浮力的影响，提出了Halbach阵列永磁转子结构。
从无轴承永磁电机的转子结构出发，对常规面贴式永磁转子和HaIhach阵列永磁转子进行了比较分析，并用Ansoft进行了有限元分析，得出了两种不同转子结构的磁力线分布图及气隙磁密波形，分别对两种转子结构的无轴承永磁电机的径向悬浮力与悬浮力绕组电流的关系进行了对比。
分析结果表明：Halbach阵列应用在无轴承永磁电机中能显著提高气隙磁密及其正弦特性，增大径向悬浮力。
Halbach阵列应用于无轴承永磁电机具有可行性和可靠性。
Halbach电机Ansoft仿真结果
Halbach电机Ansoft仿真结果
一、原模型
1、仿真模型
2、磁力线分布
3、气隙径向磁密
4、气隙磁密谐波
转子上永磁体总共20块，如下图1，图中的1对应1号永磁体，然后逆时针标号，直到第20号永磁体，相邻两块永磁体的充磁方向相差36°，其中1号充磁沿Y轴负向。
1、模型图
1
2、磁力线分布
4、气隙磁密谐波
三、不同转子轭部厚度时磁密变化曲线（从10mm变到13mm），对应于图中从下到上。
对不同转子轭部厚度的气隙磁密谐波分析结果如下，结果显示随着转子轭部变厚，气隙磁密基波幅值逐渐变大。
1、10mm（外径210mm）,基波0.6417
2、10.5mm（外径211mm），基波0.6550
4、11.5mm（外径213mm），基波0.6810
6、12.5mm（外径215mm），基波0.7061。
Halbach阵列永磁直线同步电机推力优化设计
Ｔｈ ｕ ｔＯｐ ｉ ｌＤｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｍ ａ ｅ ｔＭ ａ ｎ ｔＬｉ ｅ ｒ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓＭ ｏ ｏ ｒ ｓ ｔ ｍａ ｓｇ ｆＰ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｎ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ
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ＣＵ ｉ ｎ Ｉ ＪＪｆ ，Ｌ Ｕ Ｎａ ａ
（ ｃｏｌｆＥｅｔｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｅｙ ｎ ｎ ｅ ｉ ｅ ｎｌ ｙ Ｓ ｅｙ ｎ １ ８ ０ Ｃ ｉａ Ｓｈ ｏ ｏ ｌ ｒ ａ ｇｎｅ ｎ ， ｈｎａ ｇ ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｔｃ ｏ ｇ ， ｈｎａ ｇ １０ ７ ． ｈｎ ） ｃｉ Ｅ ｉ ｖ ｓｙｆ ｈ ｏ
Ａ ｓ ａ ｔ Ｂ ｃｕｅｓ ｕｔｒｌ ａａ ｅｅｓｏ ｅｍａｅ ｔ ｇ ｅ ｌ ｅｒｓｎ ｈｏｏ ｓｍｏ ｒ Ｐ Ｓ ｂ ｔ ｃ ： ｅａ ｓ ｔ ｃ ａ ｐ ｒｍ ｔｒ ｆｐ ｒ ｎ ｎ ｍａｎｔ ｉ ａ ｙ ｃｒｎ ｕ ｔ （ ＭＬ Ｍ）ｈ ｖ ｒ ｒ ｕ ｎ ｏ ａｅ ａ
第４ ５卷 第 ４期
２ ２正 ０１
பைடு நூலகம்
截 ＇瓤 ｌ ｝
ＭＩ ＣＲ０Ｍ ＯＴ ＯＲＳ
Ｖｏ ． １４５． Ｎｏ ４ ． Ａｐｒ ２ ２ ． ０１
４月
Ｈ ｌａｈ阵 列 永磁 直 线 同步 电机 推 力优 化 设计 ａ ｃ ｂ
崔 皆凡 ，刘 娜
（ 阳工业大学 电气工程学院 ，沈 阳 沈 １０ ７ ） １８０
力有 了较大提高 ，并且优化 时间短 ，优化方法 简单 ，具有 实用性 。 关键词 ：Ｈ ｌａｈ阵列 ；Ａ ｓｆ有 限元分 析 ；参数化优化 ａｂｃ ｎｏ ｉ 中图分 类号 ：Ｔ ５ ；Ｔ ４ ；Ｔ ５ ． Ｍ３ １ Ｍ３ １ Ｍ３９ ４ 文献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ —８８ ２ １ ）４０ ０ —３ ０ １６ ４ （０ ２ ０ －０ ８０
基于ANSYS的Halbach永磁电动悬浮系统受力分析
１模 型 建 立
Ｈ ｌａｈ 体 产 生 磁 场 较 为 复 杂 ， 解 析 计 算 ａ ｃ磁 ｂ 给 带来 较大 困难 ， 故本文采 用 Ａ Ｓ Ｓ软件 进行数 值计 ＮＹ
０引 言
１６ ９ ０年美 国科 学 家 Ｐ ｗ ｌ 和 Ｄ ｎ ｙ提 出一 种 ｏｅ ｌ ａｂ 新 型 的 电动 式 悬 浮列 车 方 案 ， 经 Ｍ Ｔ完 善 ， 为 后 Ｉ 成 今 天 的 Ｍａｐａｅ 这 种磁浮 列车通 过直 线型 Ｈ ｌａｈ ｇｌ ， ｎ ａ ｃ ｂ
意参数下 系统受 力简单 有效 的通用 表达式 。最后对
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ＥＤ ｇｅ ｙ ｔｍ ｉ ｌａ ｈ ｉ ａ ｓ ｓ ｅ ｓｏ ｔ ｏ ｈ ｔｔ ｅ Ｐ ａｒ ｎ ｅ ｎ Ｈａｂ ｃ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｓ ｒ ｃ ： ｈ Ｓ ｍａ ｌｖ ｓ ｓｅ ｗ ｔ Ｈａｂ ｃ ｓ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｔ ａ ｈ Ｍ ｒａ ｇ ｄ ｉ ｌ ａ ｈ ｓｒ ｃｕ ｅ ｉ ｈ ｕ ｅ ｏ ｐ ｏ ｕ ｅ ｉｄ ｃｉｎ ｃ ｒｅ ｔ ｙ ｃ ｔ ｎ ｈ ｏ ｄ ｃｏ ｌｔ ，ｈ ｓ ａ ｈｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓｏ ． ｈ ｉ ｎ ｒ ｇ ｆｒ ｅ ｆ ｓ ｄ ｔ ｒ ｄ ｃ ｎ ｕ ｔ ｕ ｒ ｎ ｕｔ ｇ ｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒｐ ａｅ ｔ ｕ ｃ ｉｖｎ ｈ ｕ ｐ ｎ ｉｎ Ｔ ｅ ｌ ｔａ ｄ ｄ ａ ｏｃ ｓ ｏ ｏ ｂ ｉ ｆ
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离散式任意充磁角度halbach永磁电机解析模型研究
离散式任意充磁角度halbach永磁电机解析
模型研究
1 前言
随着科学技术的发展，永磁电机的应用越来越广泛。
传统的永磁电机都采用了经典的等角充电结构，使得它们无法开发出大角度的旋转力矩。
然而，随着技术的进步，出现了相对较新的离散式任意角度充磁的halbach永磁电机，该永磁电机具有传统永磁电机具有优点，在结构及性能方面都有不错的改善和突破，可以发挥出出色的动力性能。
2 方法
halbach永磁电机采用离散式任意充磁角度的特性，这类永磁电机采用的是磁极的离散式充磁的模式，以此来求解充磁角度，采用坐标系方式来进行数学分析，计算永磁电机的充磁角度，以此来达到可以调节力矩。
同时，halbach永磁电机使用三维有限元计算模型，在利用软件来进行相关计算时，可以进行多维结构分析，实现综合分析。
3 结果
通过离散式任意充磁角度的halbach永磁电机解析模型研究，可以实现一定能量优化的永磁电机定子线圈设计。
对充磁进行优化，可以提高消费的索力，可以提高永磁电机的功率，减少磁通率的损失，使永磁电机具有更高的效率，在消费上也能节省很大的功率。
4 结论
halbach永磁电机的离散式任意角度充磁特性，可以有效的提高永
磁电机的功率，传输效率，而且可以有效的改善永磁电机体积和重量。
综上所述，离散式任意充磁角度halbach永磁电机解析模型研究，利
用halbach永磁电机充磁优化，可以使永磁电机达到高效率，高性能，低损耗的特性。
基于Halbach阵列的永磁直线电机的有限元分析
3科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 高 新 技 术直线电机在原理上,与传统的旋转电机完全一样,它能将电能直接转换成直线运动的机械能,并且不需要任何中间转换机制。
随着科学技术的快速发展,直线电机在很多领域中都发挥着越来越重要的作用。
例如:在交通运输业,直线电机被广泛应用于磁悬浮列车中,时速可以达到每小时500cm;在国防工业中,它可用来制造各种电磁炮,同时在火箭和导弹的发射领域也有着令人期待的应用前景。
永磁直线电机融合了永磁电机和直线电机的双重特点,与一般的直线电机相比,永磁直线电机的力能指标更高,重量更轻,体积更小,并且具有发电制动功能,因而其应用范围也更为广泛[1]。
Halbach 阵列是一种新型永磁体的排列方式,与传统的切向或径向式排列方式相比,有其独有的特点,若将其与永磁直线电机相结合,将会对电机的结构形式、工作原理及性能指标等产生重要的影响[2]。
本文利用有限元分析软件A NS YS 对Halbach永磁直线电机进行了数值分析,得到磁场分布,电磁力分布,磁场强度分布等等,并对结果进行了比较和后处理。
1 Halbach电机的工作原理和特点1979年8月,美国伯克利实验室的物理学家K.Halbach发表了一片题为《Design of Permanent Multiple Magnets with Oriented Rare Earth Cobalt Material》的论文。
在这篇论文中,针对永磁体的构造,他提出了一种新颖的设计方法,即利用永久磁铁的分布来形成正弦磁场(见图1)。
在以后的研究中他不断完善这一理论,从而形成了一种特殊的永磁电机——Halbach电机。
根据电机设计理论,增大磁负荷即提高电机气隙的磁通密度,可以有效地减小电机制造体积,提高工作效率。
对永磁电机而言,增加气隙磁密的方法一般有两种,即尽可能选用剩磁高的永磁材料和改变磁体排列方式。
外转子Halbach阵列永磁电机有限元分析
设备配置：
列 表 、历 史 数 据 查 询 等 页 面 。程 序 设 置 数 据 改 变 命 令 ，当 采 集 数 据 发 生 变 化 时 更 新 界 面 相 关 显 示 内容 ，对 于 水 压 、水 位 等 数 据 设 置 专 用 的 非 线 性 表 ，通 过 校 对 可保 证 数 据 的 准 确 性 。 当 需要 执 行 联 动 的条 件 为 真 时 ， 执 行 相 应 的 联 动 操 作 。程 序 采 用 模 块 化 设 计 ，不 同界 面 执 行 设
６ 结 束 语
隧道管理实际需求 的情况下 ，隧道 水消 防系统 还 需 要 人 工 干 预 、监 测 。 隧 道 水 消 防 系 统 的 建 设， 可 以 实现 人 工远 程 监测 、控 制 水 消 防 系 统 ， 利 用 人 工 分 析 隧道 实 际运 行 情 况 分 析 对 隧 道 水 消防系统实施远程控 制，可以避免出现因管道 破 裂 持 续 供 水 导致 路 面积 水 或 结 冰 造 成 火 灾 报 警 按 钮 的 补 充 ， 水 消 防 系统 可 以及 时 发 现 有 人 在 隧 道 内使 用 水 消 防 系 统 灭 火 。 当 消 防 管 道 内 水 压 快 速 下 降时 ， 水 消 防软 件 可 以 及 时 提 示 报 警 ， 由值 班 人 员通 过 视 频 监 控 系 统 等 其 他 监 控 设 施 判 断 现 场 具 体 情 况 ，及 时 启 动 应 急 处 置 预 案 。 （ ４）水 消 防 系 统 可 以 实 时 监 测 消 防 管 道 温度 ， 及 时 发 现 电伴 热 系统 故 障 ，避 免 出 因 冬季低温造成的管道冻裂等情况 。
用磁 性 材 料 为 磁 路 提 供 通 路 ， 以获 得 较 大 的气 隙 磁 密 ， 电机 重 量 及 转 动 惯 量 指 标 提 升 受 限 ，
Halbach阵列永磁球形电动机三维磁场分析的开题报告
Halbach阵列永磁球形电动机三维磁场分析的开题报告一、选题背景随着人类对于环保和高效的要求不断提高，永磁球形电动机在车辆、家电等领域的应用越来越广泛。
而Halbach阵列永磁球形电动机则是一种特别的永磁球形电动机，它的磁场强度和磁场均匀性远远高于传统的永磁球形电动机，因此具有更好的性能和效率。
而为了设计高效的Halbach阵列永磁球形电动机，需要对其进行磁场分析和优化设计。
二、研究目的本文旨在通过三维磁场分析，探讨Halbach阵列永磁球形电动机的磁场特性，分析其磁场强度和磁场均匀性，并对其磁场进行优化设计，以提高其效率和性能。
三、研究方法1. 基础理论学习：主要包括永磁电机的基本原理、磁场学和电机设计原理等方面的基础理论学习。
2. 建立模型：通过SolidWorks等CAD软件建立Halbach阵列永磁球形电动机三维模型，确定其实际尺寸和工作条件。
3. 磁场分析：通过ANSYS等有限元软件，建立Halbach阵列永磁球形电动机三维磁场有限元模型，进行磁场分析。
4. 优化设计：根据磁场分析的结果，对Halbach阵列永磁球形电动机的磁场进行优化设计，以提高其效率和性能。
5. 结果分析：对优化后的Halbach阵列永磁球形电动机进行仿真验证，并对仿真结果进行分析，得出结论。
四、预期成果通过对Halbach阵列永磁球形电动机的磁场分析和优化设计，得出其磁场特性和性能，并对其效率和性能进行提高，为永磁球形电动机的应用提供理论和实践参考。
五、研究难点1. 永磁球形电动机的磁场分析和优化设计需要较为深入的磁场学和电机设计原理知识。
2. 在建立模型和进行磁场分析时，需要保证模型的真实性和精度。
3. 磁场优化设计需要综合考虑多个因素，如磁场强度、磁场均匀性、电机结构等。
需要进行综合分析和优化。
六、拟定计划1. 第一阶段：研究永磁球形电动机的基础理论和磁场学知识，阅读相关文献，学习SolidWorks和ANSYS等软件的相关操作和使用方法，建立Halbach阵列永磁球形电动机三维模型。
ansys 永磁电机算例
ANSYS可以用于永磁电机的仿真分析，以下是一个永磁电机的算例：
首先，需要建立永磁电机的三维模型，包括定子、转子、永磁体等部分。
在ANSYS中，可以使用强大的建模工具进行模型的建立。
接下来，需要设置材料的属性，包括电导率、相对磁导率、永磁体的磁化方向等。
这些属性将影响仿真结果的准确性。
然后，需要设置边界条件和激励源，如电机的转速、电流等。
这些条件将决定电机的运行状态。
最后，进行仿真计算，可以得到电机的磁场分布、转矩特性、损耗等结果。
通过对这些结果的分析，可以评估电机的性能，并进行优化设计。
需要注意的是，以上只是一个简单的算例，实际的永磁电机仿真可能涉及更复杂的模型和更多的参数设置。
因此，在使用ANSYS进行永磁电机仿真时，建议参考详细的教程和文档，以确保仿真的准确性和可靠性。
基于ANSYS的永磁同步电机设计分析软件
A Software for D esign and Ana lysis of PM SM Based on ANSY S
fo rm ation ); 函数的各参数 含义在 MSDN 中都有详 细的
介绍, 在这里, 仅介绍一下本文用到的几个最主要 的参 数。第 一个 参 数 lpApplicat ionN ame 是 AN2 SYS的文件路径名。在上文中, 通过对注册表的 读取, 已经获取了 ANSYS的安装路径。第二个参 数 lpCommandLine 是运 行 ANSYS 所需 的 参 数。 第九个参数 lpStartInfo是一个指向 STARTUP INFO 结构的变量。当 W indows创建新进程时, 它将使 用该结构的有关成员。大多数应用程序将要求生 成的应用程序仅仅使用默认值, 至少应该将该结 构中的 所有成 员初始 化为零, 然 后将 cb ( cb 为 STARTUP INFO结构成员 )设置为该结构的大小。 STARTUP INFO 结 构 的 其 他 具 体 成 员 参 见 VC+ + 6. 0帮 助系 统 MSDN。第 十个 参数 lpPro2
图 2 ANSYS软件批处理运行流程图
图 1 VC调用 ANSYS程序设计结构流程图
前处理参数输入主要功能是负责输入诸如电 机转子内外径、定子内 外径、气隙长 度、槽型、槽 数、槽的尺寸; 然后软件采用文档读写的方式, 将 前处理输入的参数值直接插入到用于 ANSYS 计 算的 APDL 文件, 生成一个 APDL语言的文本文 档并保存该文档。当输入的参数改变时, 即可改 变 APDL文件中的参数值, 从而改变 ANSYS建立 的模型。生成的 APDL 文件遵循 ANSYS 的参数 化设计语言规范, 而且该 APDL文件可以由用户 指定目录存储, 因此也可以将该 APDL文件存储 到软盘或其他移动设备上, 供其他 ANSYS 系统使 用。由于该 APDL文件是本软件与 ANSYS 之间 交互的中间参数文件, 因此需要保存该文件的路 径供调用 ANSYS时使用。
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ｍ ｏｏ ｔｒ
０ 引 言 １ ７ ： ｉ
电机 技 术 正 向 着 高 速 、 高 效 、 高 功 率 密 度 、
微 型化方 向发 展 。 随着 稀 土 永 磁 电机 在 各 个 领 域 的不 断深 入 应 用 ，人 们 也 渐 渐 意识 到 了其 发 展 的
惯量都显得相对较大， 很难满足要求。
张好 明 ，孙 玉坤 １ ） １０ ３
摘 要 ：Ｈ ｌａｈ永磁 电动机 独特 的永磁体 结构 不仅 使其 磁极 磁 场 呈正 弦分 布 ，而 且还 可 以增 加 ａ ｃ ｂ 气 隙磁通 密度 ，削弱转子 轭部 磁 通 密度 ，这 使 得 在 提 高 电动 机 的功 率 密度 的 同 时，又 可 以减 小 电动机 的体 积 和提 高 电动机 的效 率。借 助 Ａ ｓｓ００有 限 元分 析软 件 对 Ｈ ｌ ｃ ｎｙｌ． ａ ａｈ列 以及 Ｈ ｌａｈ ｂ ａ ｃ ｂ 电动机进 行 了深 入研 究 ，有限元分 析结 果和样 机 的实验 数据说 明 了 Ｈ ｌａｈ电动机 的优越 性 。 ａ ｃ ｂ 关键 词 ：有 限元分析 ；Ｈ ｌａｈ列 ；脉动转 矩 ；设计 ；永磁 电动机 ａ ｃ ｂ
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微 电 机
中图分类号 ：Ｔ ３ １ Ｍ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号：１０ －８ ８ ２ ０ ）２０ ２ —３ ０ １６４ （０ ８ ０ —０ ９０ －
基 于 Ａ ｓｓ０ ０的 Ｈ ｌａｈ永 磁 电动 机 设 计 分 析 ｎｙｌ ． ａ ｃ ｂ
１ Ｈａｂ ｃ ｌａ ｈ列
上世纪 ８ 代 ，美 国伯 克 利 实验 室 的著 名学 ０年 者 ＫａｓＨ ｌａｈ在 资 料 中 ，针 对 永 磁 体 的 构 造 ， ｌ ａ ｃ ｕ ｂ
提 出 了一种 新 颖 的设 计 ¨ ，如 图 １ ａ 所示 。图 １ ｊ （） （） ｂ 是利 用 Ａ ｓｓ０ ０做 有 限元 分 析得 到 的磁 场 分 ｎｙｌ． 布 。可 以 看 到 出 ，如 果 忽 略端 部 效 应 ，并 把 周 围 的导磁 材 料 的 磁导 率 看 作 无 穷 大 ，那 么 上 述 永 磁
ｄ ｃ ｅ ｓ ｈｅ ｒ ｔｒｙ ｋｅ ｆ ｘ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｃ ｎ ｉ ｒ ｖ ｏ ｒ ｄ ｎ ｉｙ， ｉ ｃ ｅ ｓ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｕ ｅ ｖ ｌ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｏ ｏ ｏ ｕ ｌ ｈ ｅ ｕｔ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｐ ｗｅ ｅ ｓｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｅ ｉｎ ｙ ａ ｄ ｒ ｄ ｃ ｏ — ｉ ｕ ｆｔ ｅｍｏｏ ． Ｉ ｓｇ ｔｒ ｓ ａ ｃ ｎ Ｈａ ｂ ｃ ｒａ ｎｄ Ｈａ ｂ ｃ ｔｒｈ ｖ ｅ ｎ ｄ ｎ ｙ ｆ ｔ ｌｍｅ ｍｅｏ ｈ ｔ ｒ ｎ ｉｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌ ａ ｈ ａ ｒ ｙ ａ ｌ ａ ｈ ｍｏｏ ａ ｅｂ ｅ ｏ ｅ ｂ ｎｉ ｅｅ ｎｔ ｉ ｅ
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局 限性 ：虽 然 在 低 速 运 转 时其 效 率 可 以 设 计 的很 高 ，但 是 在 高 速 运 转 时 ， 由 于 涡 流 损 耗 的影 响 。 导致 其效率 大 幅度 降 低 ；由于受 自身 结 构 的影 响 ，
电机 的气 隙 磁 密 相 对 不 是 很 大 ，很 难 满 足 高 功 率
（ｏｌ ｅｏ Ｅｅｔｃｌ ｎ ｆ ｍ ｔｎＥ ｇ ｅｒ ｇ ｉ ｇｕＵ ｉ ｒ ｔ，Ｚ ｅｊ ｇ １０３ ｈ ａ Ｃ ｌｇ ｆ ｌ ｒａ ａｄＩ ｏ ａｏ ｎｉ ｅｉ ，Ｊ ｓ ｎｖ ｓｙ ｈｎ ａ ２ １，Ｃｉ ） ｅ ｃｉ ｎｒ ｉ ｎ ｎ ｎ ａ ｅｉ ｉ ２ ｎ ｎ Ａ Ｓ Ｒ Ｔ：Ｈ ｌａｈｍ ｔ ｓａ ｎｗ ｔ ｅｐ ｒ ｎ ｎ ａｎ ｔ （ Ｍ） ｍ ｔｒ ｉｕｏ ａ ｆ ｌ ｉ Ｂ Ｔ ＡＣ ａ ｃ ｏｏ ｉ ｅ ｙ ｅ ｂ ｒ ｐ ｍａｅ ｔｍ ｇｅ ｃ Ｐ ｉ ｏ ．Ａ ｓ ｓｉ ｌｉ ｄ ｓ ｏ ｎ ｄ ｅ