Flux永磁电机动态退磁计算
永磁电机磁路计算基础
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应用比磁导
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4 永磁体的最佳工作点 在设计永磁电机时，为了充分利用永磁
料，缩小永磁体和整个电机的尺寸，应该力 求用最小的永磁体体积在气隙中建立且有最 大磁能的磁场。
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4．1 最大磁能的永磁体最佳工作点
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4．2 最大有效磁能的永磁体最佳工作点
则具有最大有效磁能的永磁体最 佳工作点的标么值
1
在永磁电机内部实际存在的是多种形式的三维交变电磁 场，要想准确地弄清它在空间的分布情况和随时间的变化规 律，从而求出电机的动稳态性能比较困难。随着计算机技术 和电磁场数值解法的迅速发展，目前在某些场合己开始用直 接求解电磁场的方法来分析磁场分布和永磁电机的性能。
2
为了简化分析计算，目前在许多工程问 题中仍常采用“场化路”的方法，将空间实 际存在的不均匀分布的磁场转化成等效的多 段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿截 面和长度均匀分布，将磁场的计算转化为磁 路的计算，然后用各种系数来进行修正，使 各段磁路的磁位差等于磁场中对应点之间的 磁位差。这样可以大大减少计算所需的时间， 在方案估算、初始方案设计和类似结构的方 案比较时更为实用。在积累了一定的经验， 取得各种实际的修正系数后，其计算精度可 以满足工程实际的需要。
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下面以隐极永磁同步电机为例，运用前 面介绍的磁路计算方法和概念，具体推导计 算永磁体体积的公式。 永磁同步发电机的额定容量(kVA)
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可以看出：
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2.3 解析法的应用 以上为了推导过程简洁，是从退磁曲线为直线、回复线与退磁曲线
重合的稀土木磁材料这一特例着手的。实际上，上述推导结果可以推广 应用于所有永磁材料。研究实践表明，在永磁电机运行时，永磁体工作 点是变化的，直接决定永磁体的磁密与场强关系的是回复线。或者说， 永磁体在电机内的基本工作曲线是回复线，并不是退磁曲线。而所有永 磁材料的回复线部近似认为是直线，区别在于它们并不都象稀土永磁那 样在第二象限内全部是直线，而是在退磁场强超过一定值后出现拐点； 而且，采用不同的稳磁处理引起起始点P的位置不同，导致回复线与纵轴 的交点随之改变；这些增加了分析计算的复杂性。经过分析研究可知， 只要针对不同情况进行处理，仍可应用上述方法。
电机磁钢退磁电流计算公式
电机磁钢退磁电流计算公式在电机运行过程中，磁钢的磁性是非常重要的，它直接影响到电机的性能和效率。
然而，由于各种原因，磁钢可能会出现退磁现象，导致电机性能下降甚至失效。
因此，了解电机磁钢退磁电流的计算公式对于维护和修复电机至关重要。
电机磁钢退磁的原因主要有以下几点，电机长期运行过载、电机工作环境温度过高、电机通电过程中出现瞬时过电压等。
这些因素都会导致电机磁钢的磁性下降，甚至完全失去磁性。
为了计算电机磁钢退磁电流，我们首先需要了解电机的磁钢特性。
电机的磁钢特性通常由磁化曲线表示，即磁化曲线描述了在给定磁场下材料的磁化特性。
通过磁化曲线，我们可以得到磁钢的磁化强度和磁导率等参数。
在电机退磁时，我们需要考虑电机的磁化曲线和工作点的位置。
当电机处于工作点时，磁钢的磁化强度和磁导率会发生变化，从而影响到退磁电流的计算。
退磁电流的计算公式如下：I = (Bm Br) / (μ0 μr A l)。
其中，I为退磁电流，单位为安培（A）；Bm为磁钢的最大磁感应强度，单位为特斯拉（T）；Br为磁钢的剩磁感应强度，单位为特斯拉（T）；μ0为真空中的磁导率，约为4π×10^-7 H/m；μr为磁钢的相对磁导率，无单位；A为磁钢的横截面积，单位为平方米（m^2）；l为磁钢的长度，单位为米（m）。
通过上述公式，我们可以计算出电机磁钢退磁时所需的退磁电流。
在实际应用中，我们需要根据电机的具体参数和工作条件来确定退磁电流的大小，以保证电机能够正常运行。
除了计算退磁电流，我们还需要采取一些措施来防止电机磁钢的退磁。
首先，我们需要合理设计电机的工作条件，避免长期过载和高温运行。
其次，我们可以采用一些磁场补偿的方法来增强磁钢的磁性，延长电机的使用寿命。
总之，电机磁钢的退磁是电机运行过程中不可避免的问题，了解退磁电流的计算公式对于维护和修复电机至关重要。
通过合理计算和有效措施，我们可以保证电机的正常运行，延长电机的使用寿命，提高电机的性能和效率。
永磁同步伺服电机电磁计算流程
电机计算与磁场分析1.1 计算程序及算例注：计算采用手算和MathCAD 计算结合使用的方法所以计算结果保留到小数点后三位。
一、 额定数据1．额定功率 5KW N P =2．相数 3m =3．额定电压 直流输出电压 40V d U =额定相电压 217.949V 2.34d N U U +== 三相桥整流考虑二极管压降4．功率因数 cos 0.8ϕ= sin 0.6ϕ=5．额定相电流 310116.071A cos N N N P I m U ϕ⨯==⋅⋅ 6．效率 0.9N η=7．额定转速 100000rpm N n = 8．预取极对数 2p =9．频率 3333Hz 60N pnf ==10．冷却方式 空气冷却 11．转子结构 径向套环12．电压调整率 20%N U ∆≤二、永磁材料选择13．材料牌号 NSC27G 烧结钐钴材料，主要考虑到高温工作环境 该材料高温下退磁小。
14．预计温度 T= 250C 15.剩余磁通密度 20 1.0T r B =0.03%B r rB α=----的温度系数 0r I L B =---的不可逆损失率工作温度下 201(20)(1)0.931T100100Br r r IL B t B α⎡⎤=+--=⎢⎥⎣⎦ 16.计算矫顽力 20760kA/m c H =工作温度下 201(20)(1)707.56KA/m 100100Br C r IL H t H α⎡⎤=+--=⎢⎥⎣⎦17.相对回复磁导率 3010 1.047rr C B H μμ-=⨯=式中 70410H /m μπ-=⨯ 三、永磁体尺寸18．永磁体磁化方向长度 0.35cm M h =19．永磁体宽度 1.56cm M b =20．永磁体轴向长度 5.35cm M L = 21．永磁体段数 1W =22．永磁体每极截面积 28.346cm M M M A L b == 23．永磁体每对极磁化方向长度 20.7cm MP M h h == 24．永磁体体积 311.684cm m M MP V PA h == 25．永磁体质量 31095.812g m m m V ρ-=⨯= 稀土钴材料密度 38.2g/cm ρ=四、转子结构尺寸26．气隙长度 10.19cm δδ=∆+= 均匀气隙空气隙长度10.03cm δ= 非磁性套环长度 0.16cm ∆=27．转子外径 2 3.0cm D = 28．轴孔直径 2 1.0cm i D =29．转子铁心长度 2 5.35cm M L L ==30．衬套厚度 222()0.49cm 2i M h D D h h --∆+==31．极距 2(2)2.105cm 2D pπτ-∆== 径向瓦片形32．极弧系数 0.74p α=33．极间宽度 2(1)0.547cm p b ατ=-= 五、定子绕组和定子冲片34．定子外径 1 4.8cm D =35．定子内径 1212 3.06cm i D D δ=+= 36. 定子铁心长度 1 5.35cm M L L ==长径比λ＝1.7537．每极每相槽数 1q =38. 定子槽数 212Q mpq ==39．绕组节距 3y = 整距绕组,影响下面一些系数40. 短距系数 180sin 12p K β==41. 分布因数 1d K = 42.斜槽因数 1sk K =43.绕组因数 1dp d p sk K K K K ==波形系数 sin()20.91.024i iK φαπα⋅==44.预估永磁体空载工作点 '00.67m b = 工作点范围在0.55-0.75Br 内但高速电机应取小一些。
如何判断永磁电机是否退磁
如何判断永磁电机是否退磁
近年来，永磁变频螺杆空压机由于其高效、节能、压力稳定等特点受到越来越多客户的信赖。
但市面上永磁电机生产企业参差不齐，如果选择不当，就有可能导致永磁电机失磁的风险，而永磁电机一旦失磁，基本上只能选择更换电机，从而导致维修成本大。
如何判断永磁电机是否失磁？
1 机器在开始运行时电流正常，在经过一段时间的后，电流变大，时间久了，就会报变频器过载。
首先需要确定空压机厂家变频器选型无误，再确认变频器内的参数是否被改动过，如果两者都没有问题，则需要通过反电动势进行判断，将机头与电机脱开，进行空载辨识，空载运行至额定频率，此时输出的电压就是反电动势，如果低于电机铭牌上反电动势50V以上，即可确定电机退磁。
2 永磁电机退磁后运行电流一般会超出额定值较多，那些只在低速或者高速运行才报过载或者偶尔报过载的情况一般不是退磁导致。
3 永磁电机退磁是需要一定时间的，有的几个月甚至一两年，如果厂家选型错误导致报电流过载，不属于电机退磁。
4 电机退磁原因
1.电机的散热风扇异常，导致电机高温
2.电机没有设置温度保护装置
3.环境温度过高
4.电机设计不合理。
永磁电机磁路计算资料课件
总结词 详细描述 公式推导 实例计算
特殊模型、专门计算
介绍永磁无刷直流电机的磁路模型，由于其特殊的结构和运行 原理，需要采用特定的方法和公式进行计算。
推导永磁无刷直流电机的磁路方程，着重解析其特殊的磁场特 性和控制策略。
通过具体参数值，演示如何进行永磁无刷直流电机的磁路计算 ，并分析其性能特点。
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DATE
ANALYSIS
SUMMARY
永磁电机磁路计算资 料课件
目录
CONTENTS
• 永磁电机概述 • 永磁电机磁路计算基础 • 永磁电机磁路计算方法 • 永磁电机磁路计算实例 • 永磁电机磁路计算软件介绍
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
FEMM
JMAG
Opera
选择建议
功能强大，适用于各种 电机类型，但价格较高 。
开源免费，适用于二维 分析，但对于复杂的三 维模型可能不够精确。
适用于三维分析，但价 格较高。
多物理场耦合分析功能 强大，但价格较高且操 作较为复杂。
根据实际需求选择合适 的软件，如需进行多物 理场耦合分析可选择 Opera或JMAG；如仅 需进行磁路计算可选择 MagNet或FEMM。同 时考虑软件的学习曲线 和价格等因素。
软件操作流程与实例演示
网格划分
对电机进行网格划分，以便进 行数值计算。
边界条件与激励设置
根据实际情况设置边界条件和 电流、电压等激励源。
求解设置
选择合适的求解器并进行求解 设置。
后处理与结果分析
查看计算结果，如磁通密度分 布、磁力线分布、涡流分布等
永磁电机电磁计算
永磁电机电磁计算传统的电机学和电机设计中，习惯地把电机的分析和计算归结为电路和磁路的计算问题。
实际上，电路和磁路中的各个参数是由电机电磁场的场量得来，由于数值计算和仿真技术的不断发展，我们可以直接使用有限元对电机的电磁场进行分析和计算。
本文将应用ANSYS软件，对大型永磁电机的电磁场进行分析和计算。
这里只研究平行平面场问题，即二维电磁场，因而只有一个自由度即矢量磁势Az。
电机的对称周期取一对磁极范围。
考虑漏磁的影响，把转轴和机座作为模型的内外边界。
定义电机材料特性首先，定义硅钢片的材料属性与磁化曲线，如图1：永磁体的材料特性需要说明的是，永磁体的退磁曲线是指剩磁密度Br与矫顽力Hcb的曲线，以下简称BH曲线。
退磁曲线通常在第二象限，但ANSYS 程序中需按第一象限输入。
此外还需要知道永磁体的工作温度，即电机内部温度分布，Br的可逆温度系数，Hcb的可逆温度系数。
参数化建模参数化建模具有很多优点，各个变量物理意义明确，便于查找和修改。
而且可以通过对话框快速对电机尺寸参数进行调整，缩短调试程序和优化设计的时间。
这里采用ANSYS内部的对话框进行交互，可以方便其他设计人员对程序的调试，提高程序的通用性，如图2：有限元模型的建立和边界条件定、转子应分别建模，这样两部分模型不会相互干扰。
定、转子之间的气隙，可定义两层或更多层，再经过径向拼接得到整个求解区域。
分网时应注意疏密结合，气隙部分网格要足够稠密，而且沿径向应均匀分网。
其它部分网格可稀疏些。
模型尽量使用四边形网格，并保证节点连续。
这里只研究电机转速恒定情况，用有限元法进行电机的电磁场分析，要模拟电机定、转子之间的相对运动。
这里使用运动边界法，即假设定子模型静止不动，让转子部分旋转，和真实情况一样。
具体如下：气隙模型中有一条定、转子网格重合的公共运动边界，分别为定、转子的运动边界上的节点编号，并且保证相邻节点径向间距相等，这样能保证转子旋转后运动边界上的节点重合，压缩重合的关键点（KP）、节点（node），保持网格的连续性。
永磁同步机电磁计算
永磁同步机电磁计算1额定容量P N kVA2相数m 3额定线电压U Nl V 额定相电压U N接法Y接法—1，Δ接法—2Y 接法 U N ＝V Δ= U NlV 4额定相电流I N =A 5效率ηN%6功率因数cos υ7额定转速n N r/min 8额定频率fHz9冷却方式10转子结构方式11固有电压调整率ΔU N%12永磁材料牌号13预计工作温度t ℃14剩余磁通密度B r20T工作温度时的剩磁密度B r =T 式中αBr —B r 的温度系数%K -1IL—B r 的不可逆损失率%15计算矫顽力H c20kA/m工作温度时的计算矫顽力H c =kA/m16相对回复磁导率μr永磁同步发电机电磁计算程序一、额定数据二、永磁材料选择式中μH/m17在最高工作温度时退磁曲线拐点位置b K18永磁体磁化方向长度h Mcm 19永磁体宽度b M cm 20永磁体轴向长度L M cm21永磁体段数W22极对数p=23永磁体每极截面积A m径向结构—1 切向结构—2径向结构 A m =L M b M cm 2切向结构 A m =2L M b Mcm 224永磁体每对极磁化方向长度径向结构 h MP =2h M cm 切向结构 h MP =h Mcm 25永磁体体积V m =pA m h MP cm 326永磁体质量m m =ρV m ×10-3kg稀土钴永磁ρ＝8.1～8.3 g/cm 3铁氧体永磁ρ＝4.8～5.2 g/cm 3钕铁硼永磁ρ＝7.3～7.5 g/cm 3稀土钴永磁—1 铁氧体永磁—2 钕铁硼永磁—327气隙长度δ均匀气隙δ＝δ1+Δcm式中δ1—空气隙长度cm Δ—无纬玻璃丝带厚度或非磁性材料套环厚度cm不均匀气隙δmax =1.5δcm28转子外径D 2cm 29轴孔直径D i2cm 30转子铁芯长度L 2=L M +(W-1)ΔL cm 式中ΔL—隔磁板厚度cm31衬套厚度瓦片形径向结构：三、永磁体尺寸四、转子结构尺寸h h =cm有极靴径向结构：cm式中 h p —极靴高度h h =cm式中Δ＇—垫片最大厚度h h =cm式中 h W —槽楔厚度及槽口高度Δ1—外侧垫条厚度Δ2—里侧垫条厚度瓦片形径向结构—1 有极靴径向结构—232极距τcm33极弧系数αp34极间宽度b 2=(1-αp )τcm 35定子外径D 1cm 36定子内径D i1=D 2+2δ1cm 37定子铁芯长度L 1cm38每极每相槽数q 39定子槽数Q =2mpq 40绕组节距y 41短距因数K p =sin式中β＝y/mq42分布因数整数槽绕组 K d =五、定子绕组和定子冲片分数槽绕组 K d =式中 d—将q化为假分数后分数的分子43斜槽因数K sk =rad t sk —斜槽宽距离cm44绕组因数K dp =K d K p K sk 45预估永磁体空载工作点b ＇m046预估空载漏磁系数σ＇047预估空载磁通Φ〃δWb 48预估空载电动势E ＇0=V49绕组每相串联匝数N＇=式中K Φ—磁场波形系数，根据空载磁场计算50每槽导体数N S=双层绕组—2 单层绕组—1双层绕组N s 取偶整数单层绕组N s 取整数式中 a—并联支路数51实际每相串联匝数52估算绕组线规A cu =mm 2式中 J＇—定子电流密度A/mm 253实际电流密度J＝A/mm 2式中 N—并绕根数54电负荷A＝55定子冲片设计见图8-17b b s1cm b s2cm b s0cm h s1cm h j cm h s2cmt =cmb t =cm56槽满率S fA s =cm 2槽绝缘占面积：A i =cm 2式中 C i —槽绝缘厚度cm A ef =A -A cm2S f =57计算空载磁通Φ＇δ0＝Wb58计算极弧系数αi六、磁路计算QD i 1π()Qh D s i 112+π8222212s s s s b h b b π++??+++122222s s s s i b b b h C πefs t A d N N 2ΦKfNK E dp 44.4'0均匀气隙αi =59铁芯有效长度定转子轴向长度相等时：L ef =L 1+2δcm 定转子轴向长度不相等时：(L 1-L 2)/2δ=8时L ef =L 1+3δcm (L 1-L)/2δ=14时L =L +4δcm 60气隙磁密B δ＝T61气隙系数K δ=62气隙磁位差F δ=A 63定子齿磁密B t =T式中 K Fe —铁芯叠压系数，一般取0.92～0.95 64定子齿磁位差F t = 2H t h tA 查附录2磁化曲线得H tA/cmh t —定子齿磁路计算长度圆底槽 h t =h s1+hs2+b s2/6cm 平底槽 h t =h s1+h s2cm 圆底槽—1 平底槽—265定子轭磁密B j =T 66定子轭磁位差F j = 2C j H j l jA 查附录2磁化曲线得H jA/cmC j —考虑到轭部磁通密度不均匀而引入的轭部磁路长度校正系数，查附录3曲线得l j —定子轭磁路计算长度l j ＝cm 67极靴平均磁密B p =T 式中 L p —极靴轴向长度cm 68极靴磁位差F p = 2H p l pA式中 l p —极靴磁路平均计算长度切向套环结构l p = b M +Δ＇+Δcm 切向槽楔结构 l p = b M + h w +Δ1cm 有极靴径向结构 l p =h pcm切向套环结构—1 切向槽楔结构—269磁极衬套平均磁密B h T 式中 h h —磁性衬套的计算厚度cm 70磁性衬套磁位差F h = 2H h l hA 式中 l h —磁性衬套平均计算长度cm 71总磁位差ΣF=F δ+F t +F j +F p +F h A切向结构 F =072主磁导Λδ＝H主磁导标么值λδ=73漏磁导Λσ由电磁场计算求得H74漏磁导标么值λσ=75外磁路总磁导Λn =Λδ+ΛσH标么值λ=λ+λσ76永磁体空载工作点b m0 =h m0=77空载漏磁系数σ0＝78空载气隙磁通Φ＝(b -h ）B r A m ×10-4Wb %判断上式的值是否小于1%,否则修改b m0＇、σ0＇，79空载气隙磁密B δ0＝T 80空载定子齿磁密B t0=T81空载定子轭磁密B j0=T 82绕组平均半匝长L av = L 1+L Ecm 式中 L—线圈端部平均长cm 83每相绕组电阻R 1＝ΩA、E、B级缘：ρcu75= 0.217×10-3Ω·mm 2/cm F、H级缘：ρcu115= 0.245×10-3Ω·mm 2/cmA、E、B级缘—1 F、H级缘—284槽比漏磁导λs =半开口梯形槽：λs =h1h2h3h4h5h6b b0b1b2d1d2梨形槽—1 半开口梯形槽—2式中k 1=3β+1.67 k 2=3β+1cu t av A aN N L ρ2()++++++*************.03231.041bhkdbhkbhbdh ()++++++++06 01514213122123241b h b b h b h k bb h k b h b b h85端部比漏磁导λE =86差漏磁导λd =87齿顶比漏磁导λt =λtmax =δ＇=b 2＜λtmin =b 2≥ λtmin =均匀气隙：λtmax =λtmin =不均匀气隙—1 均匀气隙-288总漏磁导系数Σλ＝λ+λ+λ+λ89每相绕组漏抗X 1=Ω标么值：X 1*=()τβ64.034.01-E l L q00455s s pb b δδα+()τλτλ2m in 2m ax b b t t +-'40δs b t -()m in m ax m in 31δδδ-+3t()()2004b b t h h b t s p p s -+-δ3 tln1s b t πδ40s b t -212101001005.15-?∑?λpqL N f NNUI X 190每极电枢磁动势F a =A91交轴电枢反应电抗X aq =式中 B aq1—交轴电枢反应基波磁密幅值 I q —电枢电流交轴分量X aq 也可以按下列近似公式估算：X aq =Ω无极靴：X aq =Ω有极靴—1 无极靴—2式中 K aq —交轴电枢磁动势的折算系数均匀气隙时，K按下式估算：K aq =不均匀气隙时，K aq 应用电磁场计算求得92交轴同步电抗X q = X+X ΩX q *=93内功率因数角Ψn =(°)94每极直轴电枢磁动势F ad =A式中 K ad —直轴电枢磁动势的折算系数均匀气隙时，K 按下式计算：K ad =f ad =95永磁体负载工作点b mN =h mN =96额定负载气隙磁通ΦδN-4Wb97负载漏磁系数σN ＝98负载气隙磁密B δN ＝T99负载定子齿磁密B tN =T 100负载定子轭磁密BjN =T101直轴电枢反应电抗X ad =式中 B ad1—直轴电枢反应基波磁密幅值 I d —电枢电流直轴分量X ad 也可按下式估算：X ad =Ω102直轴同步电抗X d = X +X ΩX d * =103空载励磁电动势E 0 = 4.44fNK dp Φδ0K ΦV 104额定负载时直轴内电动势E d = 4.44fNK dp ΦδN K ΦV105输出电压U=V 106电压调整率Δ%判断ΔU是否小于ΔU N ，如是则成立；否则，重新选择永磁体的尺寸和调整参数七、电压调整率和短路电流计算107短路电流倍数I k *=(°)108永磁体最大去磁工作点f k ＇= I k *f＇b mh =h mh= f mh = 1-b mh判断b mh 是否大于b k ，如是则成立；否则，重新选择永磁体的尺寸和调整参数109定子齿质量m t = QL 1K Fe h t b t ρFe ×10-3kg式中ρFe—硅钢片密度，一般为7.8g/cm 3110定子轭质量m j = π(D 1-h j )h j L 1K Fe ρFe ×10kg 111齿部单位铁耗p tW 按齿磁密查损耗曲线112轭部单位铁耗p jW 按轭磁密查损耗曲线113定子铁耗p Fe = k t p t m t + k j p j m jW式中 k t 、k j 为铁耗校正系数对半闭口槽取k t k j114定子绕组铜耗p cu = K e mI N 2R 1W式中 K e —涡流系数，由于涡流使铜耗增加的系数115机械损耗参考Y系列感应电动机实测数据，p fw 取W 116杂散损耗p s = (0.5～2.5)P N ×10W 117总损耗Σp = p +p +p +p W 118效率η＝%八、损耗和效率计算2.63380219.39310231219.3931023FALSE3.950291316900.990.141067361400空气冷却切向套环10XGS-200801.261.23732-0.03923906.3861.086355053 1.26E-064π×10-7 0.256.11212.001428571 73.2173.2FALSE0.50.5FALSE73.25228571 0.593343514 8.14.87.30.10.10.159.63.8122.65FALSEFALSE0.15FALSE1 7.5344406250.9 0.75344406315.59.8123 36.025714298 0.984807753 0.888888889 0.959795081 FALSE0 0.9884480030.5274598211.265 0.9342945320.831.125 0.006682188 241.3324125 193.93418550.9613 32.299293331 FALSE331 198.1414286 0.98757282941 152.53858590.460.650.280.1311.61.12 0.854600904 0.877448398 0.7875153620.109275440.025 0.6782399220.0065403010.92955423212.2FALSEFALSE0.7654418211.1643293791.42E+03 0.7978273660.95135.389649.81.359333333FALSE1 1.79284578793.0121986220.30.42 5.4546210780.853988324126.25FALSEFALSE1 #DIV/0!0 1646.8745023.97134E-061.99E+004.15E-072.07E-014.39E-062.19E+006.87E-013.13E-011.10E+00 0.005633855 16.08928188修改0.659356151 0.687253253。
永磁电机磁路计算资料课件
案例三：某特殊应用场景下的永磁电机设计
应用场景
某款精密数控机床需要使用永磁电机作为驱动源，要求电机具有 高精度、高稳定性、长寿命等性能特点。
设计挑战
由于该应用场景对电机性能要求极高，因此需要针对以下方面进行 优化设计
转矩波动
为了提高加工精度，需要降低电机的转矩波动。
案例三：某特殊应用场景下的永磁电机设计
磁动势平衡方程
表示磁动势与磁通之间的 关系，其公式为 N1I1+N2I2+N3I3=F0。
磁路欧姆定律
表示磁阻与磁通之间的关 系，其公式为 V=dΦ/dL×Rm。
03
永磁电机的设计流程
明确设计要求与目标
明确电机的设计要求
在设计永磁电机前，需要明确电机的 设计要求，包括电机的功率、转速、 尺寸限制等。
确定设计目标
根据设计要求，确定电机的设计目标 ，包括电机的性能指标、成本、重量 等。
选择合适的永磁材料
了解各种永磁材料的特点
常见的永磁材料包括钕铁硼、钐钴、铝镍钴等，每种材料都有不同的磁性能和 成本。
根据设计要求选择合适的材料
根据电机的设计要求和目标，选择适合的永磁材料。
设计电机的基本结构
确定电机的基本结构
案例一：某型号的永磁电机设计流程与结果
设计电机结构
计算磁路性能
确定电机的结构形式、气隙长度、磁路长 度等结构参数。
利用电磁场理论，计算电机的磁路性能， 如磁通密度、磁阻、漏磁等。
优化设计
设计结果
根据计算结果，对电机结构进行优化，以 提高电机性能。
经过以上流程，设计的某型号永磁电机成 功实现了高效、节能的目标，并在实际应 用中取得了良好的效果。
VS
电机退磁电流计算
电机退磁电流计算
电机退磁电流的计算通常涉及以下步骤：
1.确定临界退磁点：
首先需要了解电机永磁体材料的退磁曲线（B-H曲线），找出产生不可逆退磁现象时对应的磁场强度（Hc）和磁通密度（Bc）。
2.分析反电势：
在短路条件下，电机的反电势等于零，此时通过绕组的电流最大，该电流产生的磁通会与永磁体的磁场相互作用，当达到一定的电流值时，可能会导致永磁体退磁。
通过计算电机在短路状态下的直轴电抗或等效阻抗，可以推算出可能引起永磁体退磁的最大短路电流。
3.仿真模拟：
使用专业电机设计软件如Ansys Maxwell、JMAG或其他电磁场仿真工具进行详细的电磁场计算，输入永磁体材料参数和电机结构参数，模拟不同的短路情况，以求得退磁临界电流。
4.实际计算公式：
若已知电机的设计参数和永磁体的剩磁Br，可以通过解析方法估算。
但通常情况下，这一过程复杂且需要详细的设计信息。
5.安全裕度考虑：
实际应用中，为了保证永磁电机不会在正常工作条件及异常条件下发生退磁，一般会保留较大的安全裕度，不使电机运行在接近退磁点的状态下。
若要具体计算一个给定电机的退磁电流，通常需要具体的技术数据和详细的电机模型。
根据这些信息，结合相应的理论和仿真手段来精确评估和控制退磁风险。
Flux永磁电机动态退磁计算
Flux永磁电机动态退磁计算永磁同步电机磁钢退磁计算磁钢退磁风险及退磁性能评估是永磁电机无法回避的问题，本文针对永磁同步电机，说明采用Altair Flux 进行磁钢退磁分析的过程。
1、退磁率评估所谓退磁率评估其实是一个电磁场后处理过程，在执行完成瞬态磁场计算后，根据指定的退磁评估点（如90%剩磁Br），由软件提取永磁体中的磁场强度H和磁密B，计算出永磁体内部的新的剩磁Br’，并计算出永磁体剩磁低于指定退磁点剩磁的面积或体积大小，即永磁体中出现退磁现象且低于指定剩磁的占比。
而静态退磁评估是指在瞬态磁场计算过程中，永磁体的剩磁始终保持不变，即不考虑永磁体退磁、回复过程及引起的磁场变化和设备电气性能输出的变化（如电机电磁转矩下降）。
2、动态退磁分析动态退磁指的是在磁场计算过程之中同时考虑永磁体由于退磁及回复过程（recoil）导致的永磁体结构中剩磁的改变，以及在新剩磁数值下的磁场分布。
Altair Flux2019.1新增永磁体动态退磁分析功能，即在瞬态磁场计算过程中软件自动计算并更新永磁体退磁后的剩磁材料属性，并用于下一时间步的磁场计算。
Flux 中要考虑永磁体动态退磁过程，只需在永磁体材料属性定义界面中勾选中“求解过程中考虑退磁”选项即可，其他分析设置过程与常规瞬态磁场分析设置相同，无需额外的特别设定。
Flux软件计算永磁退磁过程中会自动考虑永磁体的回复线，软件内部根据定义的非线性退磁曲线结合Preisach磁滞回线模型进行。
动态退磁分析适用于2D和3D瞬态磁场分析，且在瞬态分析中初始计算设置为从静态计算开始。
该退磁过程只考虑由于反向磁场引起的退磁，不考虑由于温度变化引起的热退磁。
以8极48槽三相永磁同步电机2D瞬态磁场分析为例，计算模型以及使用磁钢材料属性如下图所示：按60℃温度下永磁体的退磁曲线进行定义，Br=1.249T,矫顽力Hc=750kA/m，分别计算对比不考虑动态退磁和考虑动态退磁两种工况下电机的电磁转矩以及永磁体剩磁分布。
永磁电机损耗计算方法
电机铁损在电机运行过程中，电机硅钢片内磁场随着电流的变化与转子磁势的旋转而变换，变化的磁场将产生磁滞与涡流损耗。
磁滞损耗是铁心在交变磁化下，内部磁畴不断改变排列方向和发生畴壁位移而造成的能量损耗。
，磁滞回线包围的面积乘以纵横坐标的坐标尺就等于单位体积的铁磁物质反复磁化一周的磁滞损耗。
磁滞损耗的平均值则与每周期中的磁滞损耗和磁通密度的变化频率成正比。
电机铁损交变磁通在导体中产生感应电流，导体中产生焦耳热效应，形成功率损耗，即所谓涡流损耗。
该损耗值与感生电流的平方成正比，与电阻值成正比。
基于损耗的物理意义，1892年斯坦梅茨（Steinmetz ）首次提出了损耗计算的数学模型。
2()n h e h c P P P k fB k fB =+=+电机损耗Bertotti 发展了杂散损耗的理论，除了磁滞和涡流损耗外还存在杂散损耗，这主要是为了弥补实验值与计算值之间较大的误差。
当电机损耗加入杂散损耗后测试数据与计算数据有一定的吻合度。
无论是采用斯坦梅茨的模型还是采用加入附加损耗后的模型，其中各个损耗的计算系数是需要确定的，各个损耗值会因材料的不同而有较大的变化。
2 1.5()()n h e h m c m e m P P P k fB k fB k fB =+=++电机损耗上面的两个计算模型都是基于低频正弦激励下得出的。
当电机采用PWM方式供电同时磁路不对称时，磁场谐波含量增加，采用上面的模型进行计算偏差是十分明显的，Bertotti等人提出可以采用傅里叶分解的方法对磁场波形进行分析，将逐次的的谐波产生的损耗叠加，Jawad、Nakata、Rupanagunta在分析中指出，电机内的磁滞损耗是与谐波无关的，与磁密的峰值是有关系的。
所以在分析电机内的损耗时，对磁滞与涡流损耗要采取不同的分析方法。
基于磁路的电机损耗分析方法前面的计算公式需要确定电机的磁密和频率，在早期电机损耗分析中，电机采用正弦激励，同时电机局部的磁密值不能准确获得，Bm与f采用整体估计的方法。
永磁同步电机磁链计算
永磁同步电机磁链计算永磁同步电机是一种应用广泛的电动机，它具有高效率、高功率密度和高控制性能等优点。
在永磁同步电机的工作过程中，磁链的计算是非常重要的。
磁链是指电磁感应中的磁场线，它是描述磁场分布的一个重要物理量。
在永磁同步电机中，磁链的计算可以通过电机的结构和工作条件来确定。
下面将从永磁同步电机的结构、磁链计算的原理和方法以及磁链计算的应用等方面进行详细介绍。
永磁同步电机由定子和转子两部分组成。
其中，定子是由三相绕组和铁心组成的，它的主要作用是产生旋转磁场。
转子是由永磁体组成的，它的主要作用是产生恒定的磁场。
当电机通电工作时，定子绕组中的电流会产生旋转磁场，而转子中的永磁体则会产生恒定的磁场。
这两个磁场之间的作用力会使得转子旋转，从而驱动电机的运转。
在永磁同步电机的工作过程中，磁链的计算是非常重要的。
磁链的计算可以通过电机的结构和工作条件来确定。
一般来说，磁链的计算可以分为静态磁链和动态磁链两种情况。
静态磁链是指在电机静止状态下的磁链。
在这种情况下，磁链的计算可以通过电机的结构和永磁体的磁场强度来确定。
一般来说，永磁体的磁场强度是通过测量永磁体表面的磁感应强度来获得的。
然后，通过对永磁体的磁场分布进行分析，可以确定电机的静态磁链。
动态磁链是指在电机运行状态下的磁链。
在这种情况下，磁链的计算可以通过电机的运行参数和电机的控制策略来确定。
一般来说，电机的运行参数包括电机的转速、电机的电流和电机的功率等。
通过对这些参数进行分析，可以确定电机的动态磁链。
磁链的计算在永磁同步电机的设计和控制中具有重要的意义。
通过对磁链的计算，可以确定电机的磁场分布和磁场强度，从而为电机的设计和控制提供重要的依据。
此外，磁链的计算还可以用于评估电机的性能和效率，从而为电机的应用提供参考。
磁链的计算是永磁同步电机设计和控制中的重要内容。
通过对电机的结构和工作条件进行分析，可以确定电机的静态磁链和动态磁链。
磁链的计算对于电机的设计和控制具有重要的意义，它可以为电机的性能评估和效率提升提供重要的依据。
永永磁电机综述及退磁分析.概要
永永磁电机综述及退磁分析1能源的重要1,1可再生能源研究现状及发展趋势能源是当今社会存在和发展的基础，随着人们生活水平的提高和社会的发展，人类对能源的需求正在逐渐增大，而能源的短缺正成为制约社会发展的重要因素。
对传统能源的开发利用不仅受到资源有限的限制，而且在能源使用的过程中还会产生温室效应和环境污染等全球性问题。
因此，通过对新型能源的开发，实现资源的持续利用和人类社会可持续发展具有重要作用。
目前可以对新型能源进行开发利用的主要有光伏发电、风力发电、潮汐能发电以及生物能和水力能发电等。
近年来，随着电力电子技术的发展，风力发电的利用及其优势开始显现，它是可再生能源中技术最成熟、发展速度最快、最具有商业发展潜力的新能源之一；光伏发电技术具有对环境影响小的优点，但是太阳能光伏电池板和逆变器的高成本限制了其在光照强度不强的地区的应用；潮汐能发电具有对地理位置要求高，发电设备需安装在海底，稳定性差等缺点，因此很难进行大规模开发利用；生物能和水能的利用同样受到地域、成本以及环境的影响，因此对生物能和水能的开发利用也较难。
1.1.1 全球可再生能源研究现状及趋势进入21世纪，世界各国都加大对风能、光伏等可再生能源的研究利用。
发展可再生能源己经成为许多国家对能源进行研究和开发的主要内容。
2006年3月，欧盟首脑会议确定到2020年风能、光伏等新型能源消费总量要占到传统能源消费总量的20%；2011年美国提出到2030年全美20%的电力供应由风力发电提供，生物燃料消费量要占汽车燃料消耗量的30%以上；印度在2009年风电装机容量已达到1100万千瓦时，装机总容量排在世界第5位；巴西通过利用甘蔗等本地资源大力发展生物能，到2008年底生物燃料总产量已达两千多万吨，并且计划到2030年底生物能年产能达到750亿升，从而将生物能的生产作为巴西经贸的主要资源。
目前，全球己有60多个国家制定了相关的法律、法规或行动计划，通过立法的强制性手段保障可再生能源战略目标的实现。
永磁电机转子磁钢退磁问题分析
关于永磁同步电机转子磁钢退磁问题分析于平2015年7月30日鉴于前期测试伺服电机及客户现场也有出现过伺服电机转子磁钢退磁的情况，经查阅相关资料并结合实验数据，对永磁体退磁原因进行如下分析。
永磁同步电机具有高效率、高力矩惯量比、高能量密度、高调速范围等优点，现已广泛用于军事、工业、农业等各个领域，特别是伺服行业，几乎都是使用永磁同步电机作为执行机构。
但是由于永磁体的热稳定性不良、设计经验不足以及使用不当等原因，会造成在使用过程中磁钢出现不可逆退磁。
磁钢退磁，会使电机的性能下降，甚至无法使用。
所以本文旨在从永磁材料、电机设计、电机使用等方面分析永磁体退磁原因，以供后续参考。
11.1kP点，此1.2R作为会与曲线A A2 2进行恢点，最低工3变化后,4体因为时效而退磁，因为钕铁硼永磁材料磁性能随时间的变化很小。
二、实际使用中引起永磁体退磁的主要原因电机实际使用中造成永磁体退磁的原因往往是几种退磁机理共同作用引起的，比如一台电机过载的同时，温度也会急剧上升，在两种机理的共同作用下，会更容易出现不可逆退磁。
所以综合起来引起钕铁硼永磁电机磁钢失磁原因集中在以下几个方面。
1、永磁体材料本身原因引起的退磁我们目前使用的伺服电机均是采用钕铁硼永磁体，钕铁硼永磁体具有高剩磁、高内禀矫顽力等优势，是目前磁性能最高的永磁材料，并且钕在稀土中的含量很高，铁、硼价格便宜，又不含战略物资钴。
但是钕铁硼永磁材料的不足之处是热稳定性差，我们使用的磁钢牌号为N38SH的钕铁硼永磁体耐温为150℃,只要温度超过150℃，将会造成不可逆退磁，此外钕铁硼永磁体含有大量的铁、钕金属材料，表面易氧化，一般会有环氧树脂涂层或者是电泳、电镀涂层，如果涂层工艺不合格，使用过程中也会因为永磁体局部氧化而造成退磁。
2、电机设计的原因引起的退磁如果电机设计时没有充分了解电机使用工况，使得实际工作点在退磁曲线拐点以下，那么在使用过程中将会出现不可逆退磁，此外通常设计时计算的工作点往往是永磁体的平均工作点，而由于永磁体材料局部的差异，还必须计算出永磁体的最大退磁工作点。
3.3永磁电机磁路计算
磁化强度
内禀磁感应强度
Mr是剩余磁化强度，对特定永磁
是常数，为永磁体磁化系数，
是H的函数
取绝对值
（其中：Bir=Br=0Mr）
以稀土永磁体为例:
虚拟内禀曲线 （在0~Hc范围内水平直线性）
Bi=Bir=0Mr
内禀曲线 （在0~Hc范围内为略微下
垂的直线）
Bi Bir (r 1)0H
退磁曲线（线性） B 0M r r 0H Bir r 0H
图 负载时外磁路的等效磁路
Fa ： 外 磁 路 的 磁 动 势 ， 不 同 的 电 机 类 型 Fa 的 形 式不同
的意义： (1) 空 载 时 的 永 磁 体 的
漏磁系数；
(2) 负 载 时 外 磁 路 应 用 戴维南定理进行等 效变换的变换系数。
（三）永磁电机的等效磁路
（a）磁通源等效磁路
（b）磁动势源等效磁路
(=0rAm/hMp)
图 永磁体等效成磁通源
永磁体外磁路没有纯开路，但有近似短路 短路时，0=0，m=r
图 永磁体等效成磁通源
2、永磁体等效成磁动势源
对线性退磁曲线来说
r
Bir Am
0r Hc Am
0 Am
hMp
H c hMp
图 永磁体等效成磁动势源
Fc永磁体磁动势源的计算磁 动势，对于给定的永磁体是 常数,(=HchMp)
永磁电机磁路计算基础
永磁电机的等效磁路 等效磁路的解析法 等效磁路的图解法 永磁体的最佳工作点
一、永磁电机的等效磁路
（一）永磁体等效成磁通源或磁动势源 （二）外磁路的等效磁路 （三）永磁电机的等效磁路 （四）主磁导和漏磁导 （五）漏磁因数和空载漏磁因数
（一）永磁体等效成磁通源或磁动势源
如何计算永磁电机退磁
2
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December 13, 2019
操作案例
案例说明： 1.24s4p电机，通入标准正弦电流； 2.人为设置大电流，导致磁钢退磁； 3.比较退磁之后电机空载反电势与 正常空载反电势
注意： 要分析磁钢退磁，磁钢的材料属性必 须是非线性的，如下图。
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如何考虑永磁电机退磁情况
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目的和步骤
目的 永磁电机如果激磁电流过大，会导致磁钢产生局部 不可逆退磁。本教程的目的是计算磁钢发生不可逆 退磁之后永磁电机的性能。
步骤 1.计算退磁工况（例如短路、大电流等） 2.计算磁钢发生不可逆退磁之后电机性能
Curve Info
InducedVoltage(PhaseA) Setup1 : Transient
InducedVoltage(PhaseA)_1 Imported
退磁之后反电势
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
Time [ms]
15.00
17.50
20.00
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6
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4.选择计算退磁工况的design
第三步：比较
Y1 [V]
100.00 75.00 50.00 25.00 0.00 -25.00 -50.00 -75.00
-100.00 0.00
正常反电势
XY Plot 1
Maxwell2DDesign3 ANSOFT
现代永磁电机调速理论第3章 磁路计算
第3章永磁电机的磁路设计与计算•简单磁路分析法•磁网络分析法常用电机分析方法有有限元法，简单磁路法和磁网络法。
1. 有限元法（Finite element analysis ）可以准确计算电机的静态特性，但是这种方法仍较为复杂，需用较长的计算时间。
2. 简单等效磁路法（Simplified magnetic circuit ）建立电机的局部等效磁路，磁路构成简单，计算精度较差，但计算耗时少，可应用于电机的定性分析。
3. 磁网络法（Magnetic network ）建立整个电机的磁网络模型，通过编程对铁芯饱和进行迭代计算，计算精度接近有限元法，计算耗时接近等效磁路法，非常适合电机的初始设计阶段。
缺点是建模过程较为复杂。
永磁电机的常用计算方法永磁励磁与电励磁的差别电励磁永磁励磁m m h H H 111-=δδ磁势不随外磁路而改变，保持常数mm h H H 222-=δδNI H =δδ0=+m m h H H δδ•永磁磁势随外磁路的改变而改变，不是常数mr m H B B 0μ+=永磁励磁与电励磁的差别)(δR R l H F m m m m +Φ==)(00δδμ+μΦ=A A l m m 1. 简单磁路法1.1 永磁体等效方法H B B r r μμ-=0rc B H H μμ-=0(a) 稀土永磁(b)铁氧体永磁(c)铝镍钴永磁对于图c ，r r B B '=对于图b 、c ，cc H H '=mmmr r m r m r m Hh h A HA A B B A μμ-Φ=μμ-=00乘以永磁体截面积用磁通和磁动势表示Φr ——虚拟内禀磁通Φm ——永磁体向外磁路提供的总磁通Φ0——虚拟自退磁（内漏磁）磁通mmmr m r Hh h A HA μμ=μμ=Φ000m r m ir r A B A B ==Φ0Φ-Φ==Φr m m BA 1. 简单磁路法1.1 永磁体等效方法mF 0Λ=磁通源（电流源）mc r m F F 000Λ-Λ=Φ-Φ=Φ0ΛΦ-=m c m F F mc c h H F =磁动势源（电压源）1. 简单磁路法1.1 永磁体等效方法永磁体磁通Φ01. 简单磁路法1.1 永磁体等效方法ΦδΦσ主磁通——主磁通Φδ漏磁通——Φσ⎩⎨⎧Λ→Λ→σσδδΦΦΦm1. 简单磁路法1.1永磁体等效方法——空载外磁路永磁体等效磁路空载时外磁路δ0δδσδn σδΛΛΛΛΛΛΛΛΛσ=+==+='0aσδδaδσσaa 111σFΛΛΛF ΛΛΛF F =+=+='主磁通——气隙磁通Φδ漏磁通——Φσ直轴电枢反应磁动势F a σ0空载漏磁系数戴维南等效变换1. 简单磁路法1.1永磁体等效方法——负载外磁路磁通源磁动势源主磁导：与磁路的饱和程度有关漏磁导:Λσ取决于关系。
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永磁同步电机磁钢退磁计算
磁钢退磁风险及退磁性能评估是永磁电机无法回避的问题，本文针对永磁同步电机，说明采用Altair Flux 进行磁钢退磁分析的过程。
1、退磁率评估
所谓退磁率评估其实是一个电磁场后处理过程，在执行完成瞬态磁场计算后，根据指定的退磁评估点（如90%剩磁Br），由软件提取永磁体中的磁场强度H和磁密B，计算出永磁体内部的新的剩磁Br’，并计算出永磁体剩磁低于指定退磁点剩磁的面积或体积大小，即永磁体中出现退磁现象且低于指定剩磁的占比。
而静态退磁评估是指在瞬态磁场计算过程中，永磁体的剩磁始终保持不变，即不考虑永磁体退磁、回复过程及引起的磁场变化和设备电气性能输出的变化（如电机电磁转矩下降）。
2、动态退磁分析
动态退磁指的是在磁场计算过程之中同时考虑永磁体由于退磁及回复过程（recoil）导致的永磁体结构中剩磁的改变，以及在新剩磁数值下的磁场分布。
Altair Flux2019.1新增永磁体动态退磁分析功能，即在瞬态磁场计算过程中软件自动计算并更新永磁体退磁后的剩磁材料属性，并用于下一时间步的磁场计算。
Flux 中要考虑永磁体动态退磁过程，只需在永磁体材料属性定义界面中勾选中“求解过程中考虑退磁”选项即可，其他分析设置过程与常规瞬态磁场分析设置相同，无需额外的特别设定。
Flux软件计算永磁退磁过程中会自动考虑永磁体的回复线，软件内部根据定义的非线性退磁曲线结合Preisach磁滞回线模型进行。
动态退磁分析适用于2D和3D瞬态磁场分析，且在瞬态分析中初始计算设置为从静态计算开始。
该退磁过程只考虑由于反向磁场引起的退磁，不考虑由于温度变化引起的热退磁。
以8极48槽三相永磁同步电机2D瞬态磁场分析为例，计算模型以及使用磁钢材料属性如下图所示：
按60℃温度下永磁体的退磁曲线进行定义，Br=1.249T,矫顽力Hc=750kA/m，分别计算对比不考虑动态退磁和考虑动态退磁两种工况下电机的电磁转矩以及永磁体剩磁分布。
3、电磁场计算结果
计算可得考虑退磁和不考虑退磁两种计算过程的电磁转矩波形，如下图所示（蓝色为不考虑退磁，紫色曲线为考虑退磁过程），由图可知，考虑退磁过程的电磁转矩有所减小，不考虑退磁过程的平均转矩为81.57Nm，考虑退磁过程的平均转矩为78.69Nm。
求解过程中不同时刻永磁体剩磁分布
点击Computation > Evaluation of the demagnetization进行退磁率评估，指定退磁点上限为80%剩磁，即
0.8*1.249=0.992 T，计算可得永磁体中退磁后剩磁低于80%的几何空间比例约为66%，绘图可视永磁体中剩磁低于0.992T的区域。