872 稀土永磁直流无刷电机设计研究
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２主要尺寸的确定
稀土永磁直流无刷电机的主要尺寸可以根据以 下式子确定：
／９，１ ２
主要尺寸与工作点的线负荷、气隙磁密有关。 其中线负荷根据其运行方式和散热条件来确定，如 果为短时运行或有特殊散热条件，可取大值，否则 将要适当的取小。气隙磁密则根据所选永磁体材料， 磁钢的放置等条件来取值，如果是钕铁硼材料，一
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ．ＡＮＳＹＳ，Ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｌｅａｋａｇｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，Ｐｏｌａｒ ａｒｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
１前言
稀土永磁直流无刷电机由于其结构简单、运行 可靠、效率高等诸多特点在近年来逐渐应用于各个 领域，特别是在有重量和性能的特殊要求的场合。 本文主要对稀土永磁直流无刷电机的本体设计过程 进行了分析，利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ计算了 其中对电机运行性能具有较大影响的参数，提高了 磁路计算中精确度。
关键词：ＡＮＳＹＳ漏磁系数极弧系数
Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ Ｒａｒｅ－Ｅａｒｔｈ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ
Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ Ｍｏｔｏｒｓ
Ｃｈｅｎ Ｙｉｎｇ Ｈｕａｎｇ Ｓｈｏｕｄａｏ Ｚｈａｎｇ Ｔｉｅｊｕｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，４１００８２）
ＧＥ ＦＡＮＵＣ由美国通用电气公司和日本Ｆａｎｕｃ公司合资组 建，提供自动化硬件和软件解决方案。公司是ＧＥ基础设施 业务集团的一部分，其亚太公司业务遍包括中国、韩国、日 本、东南亚，西亚和大洋洲等多个地区。
本次双方主要进行ＯＥＭ ｉＦＩＸ的项目合作，由宝信软件 自主研发的监控一体化指挥平台（ｉＣｅｎｔｒｏＶｉｅｗ），是宝信软 件近几年重点推广的产品，它是集信息采集、监视、控制、 指挥为一体的软件平台，已经在交通、公安、市政、矿业等 行业成功应用。为使该产品更具市场竞争力，宝信软件与ＧＥ Ｆａｎｕｃ公司合作，将ＧＥ Ｆａｎｕｃ全球领先的自动化监控组态软 件（ｉＦＩＸ）整合进宝信的ｉＣｅｎｔｒｏＶｉｅｗ产品。
微电机专题
稀土永磁直流无刷电机设计研究
陈 颖 黄守道张铁军
（湖南大学电气与信息Ｓ－程学院 长沙４１ ００８２）
摘要 本文讨论了磁路计算和磁场有限元分析相结合的方法在稀土永磁直流无刷电机设计中 的具体应用，提高了稀土永磁直流无刷电机设计的准确度。提出了电机中重要参数的有限元求解方 法，并给出了有限元分析的结果。
般取０．５～０．７５ｂｏ ｏ
３主要系数的计算
在磁路计算中的四个主要系数是：空载漏磁系 数、电枢计算长度、计算极弧系数和气隙系数。一 般情况下，这些参数都是使用经验公式或经验数值 进行计算的。由于稀土永磁直流无刷电机的特殊结 构和原理，使得结果的准确度不高。如果采用磁场 分析计算对电机性能影响较大的参数，则可以提高 设计结果的准确度。下面是各个参数的具体计算过 程。 ３．１空载漏磁系数
３．３计算极弧系数 极弧系数为计算极弧宽度与极距的比值，也可
以定义为气隙平均磁通密度与最大。 磁通密度的比值。在ＡＮＳＹＳ后处理器中，定义
一个极下气隙路径，可以得到这个路径上的各个节 点的磁通密度，如图７。从而容易得到气隙磁通平均 值与最大值。
微电机专题
图７气隙磁场分布结果 ３．４气隙系数
在电机的磁路计算中，计算气隙磁位差，为了 考虑因电机开槽而是气隙磁阻增加的影响，引入了 气隙系数聪。它是计算气隙长度４与实际气隙长度 ６的比值，也是实际的气隙最大磁通密度眈。。与计 算时采用的气隙最大磁通密度风的比值：
宝信软件是宝钢股份控股的上市软件企业，已具备信息 技术与现代管理技术相结合、项目规划咨询和工程实施相结 合、软件构件化和定制化设计相结合的能力，拥有构建最佳 性价比的网络技术、提供决策平台系统的软件技术、解决信 息孤岛问题的集成技术和为用户提供专业服务的支持技术 等，在企业信息化、过程自动化和城市信息化等领域占有领 先优势。
同而变化较大，而且①。和入。又相互制约，因此利
用迭代法进行求解。（如图９）
在负载点的求解中，先假设一速度ｎ７，利用空
载迭代求出的磁通计算出电流和反电动势，然后计
算电机的总的损耗得出输出功率。将输出功率与额
定功率进行比较，如果相差很大，重新假设速度值
进行迭代。具体步骤如图１０。
５损耗和效率
直流无刷电机的损耗包括电枢铜耗、电枢铁耗、 轴承摩擦损耗、风损、开关损耗等。各种损耗具体 的经验公式参考同步电动机或直流电机。
参考文献(4条) 1.李钟明.刘卫国 稀土永磁电机 1999 2.李琛 无刷直流电动机原理及应用 1996 3.张宏林 Visual Basic编程实例 1999 4.唐任远 现代永磁电机理论与设计 2002
相似文献(10条)
1.学位论文 万军 永磁直流无刷电动机的研究 2003
如何更好地设计、分析无刷直流电机,以降低成本,提高无刷直流电机性能,分析方法越来越重要,传统方法一般是采用比较简单的磁路法,用磁钢工作 图,计算静态及动态的工作点.但是如要对电机性能进行精确的分析,用这种磁路法就感到力不从心了.近年来对永磁无刷直流电机的分析多采用有限元法 ,用场的方法对永磁电机的一些参数进行计算、分析.所以使用有限元软件对无刷直流电机分析的具体、高效的方法,就非常值得探讨了.该文深入探讨如 何将ANSYS有限元软件应用到电机设计和分析中去的方法,并据此对集中式绕组的无刷直流电机作一初步分析.在此基础上,针对一无刷直流电机设计进行 二次开发,利用ANSYS提供的APDL语言和高级编程语言,形成能对ANSYS建模进行控制的无刷直流电机设计的专用软件包,以提高设计分析的效率.并达到对 不了解ANSYS的电机设计人员也可利用ANSYS强大功能的目的.利用上述软件研讨无刷直流电机的定位转矩的求取方法;分析集中式绕组的无刷直流电机各 结构设计参数对磁场的影响,尝试求取、分析空载漏磁系数,讨论如何削弱定位转矩.该文的研究内容,对无刷直流电机的具体分析工具、方法作了进一步 的探索,对设计、生产实践具有一定的现实意义.
Ｃ
图３极间漏磁最少时的求解区域
图４极间漏磁最少时的磁场分布
图５ 极间漏磁最多时的求解区域
２２Ｉ ｑｑｍｌｌｔ ２００６年第７期
万方数据
图６ 极间漏磁最多时的磁场分布 通过磁场计算，可以得到场中ＥＦＧＨ各点的
仃端部：幽 磁矢位值，则极间漏磁系数为： ｌ如一ＡＤｌ
平均极间漏磁系数为：
仃４。２仃ｍⅡ＋仃ｆＩｌｉｎ
西。ｏ＝①ｒ—ａｂｒ·只ｏ／只
ｍ。
图８等效磁路图 外磁路的有关参数可表示为：
—ｃｂｍ—Ｏ：（垒！±垒！！竺！：鱼垒§竺：
巴。
人ｏＣ
Ａ。Ｃ
联立求解
①。一 人。
一Ｂ。ｏ
①，
人。＋人。
毋
巴。一 Ａｏ 一日。ｏ
Ｆｃ
入ｎ＋入ａ
Ｈ ｃ
上述是线性等效磁路时的情况，考虑磁路饱和
时，空载、额定和最大去磁时的磁导随饱和程度不
２４Ｉ囊一藏最２００６年第７期
万方数据
稀土永磁直流无刷电机设计研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
陈颖， 黄守道， 张铁军， Chen Ying， Huang Shoudao， Zhang Tiejun 湖南大学电气与信息工程学院,长沙,410082
电气技术 ELECTEICAL ENGINEERING 2006，""(7) 3次
微电机专题
图１ 端部漏磁求解区域
图２端部漏磁磁场分布 通过磁场计算，可以得到场中Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ各点的 磁矢位值，端部漏磁系数为：
仃端部＝网ＩＡＥ－ＡＦＩ
极间漏磁随定转子相对位置的不同而有所差 异，在定子齿对准极间时漏磁最多，而槽口对准极 间时，极间漏磁最少，因此应该取上述两个位置的 漏磁系数的平均值，其两种位置的求解区域和磁场 分布分别如图３～图６：
Ｋ８－鲁＝等
由于永磁材料的磁导率接近与空气的磁导率， 永磁体内阻很大，永磁磁极与气隙的交界面不再是 等位面，理论分析表明，计算永磁电机的气隙系数 可以沿用电励磁电机的公式，但需要把永磁体磁化 方向长度ｋ也当作气隙，它与气隙长度６之和作为 总气隙长度。此时槽宽缩减因子为：
２ 嗍ｏ．ｓｃ南Ｈ竿， 觑ｈ而ｂｏ，２］ Ｏ＂ｓ＝＝—／ｔ—＂
则总气隙系数为：
Ｋ：墨坠：
１８
Ｂ８
ｔ一仃。ｂｏ
式中：环一一槽口宽度； ｔ一一沿电枢圆周的齿距
由此得出计算气隙长度： ４＝Ｋ８。（６＋‰）一‰
＝Ｋｓ，６＋（Ｋｓ。一１）‰ 得永磁电机的气隙系数：
磁＝鲁＝％。＋（Ｋｓｍ－１）等
４空、负载工作点计算
在计算稀土永磁直流无刷电机的空载点时，利
用解析磁路法，将永磁体等效为一个恒磁通源①，与 一个恒定内磁导Ａ。相并联的磁通源，外磁路所提 供的总磁通中。分为与电枢绕组匝链的主磁通和不 与电枢绕组匝链的漏磁通，其对应的磁导为主磁导 人ｓ和漏磁导人ｏ（如图８）。电机负载运行时，在 一个磁状态内，一半增磁一半去磁，即可以不考虑 电枢磁势的影响，将视为与空载相同。退磁曲线为
版社，１９９６
图１０负载工作点性能计算迭代过程
［３】 张宏林．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ编程实例．北京：人民邮电出版 社，１９９９
［２】 唐任远．现代永磁电机理论与设计 机械工业出版 社，２００２；８
宝信软件、ＧＥ ＦＡＮＵＣ举行合作签约仪式
２００６年７月３日，上海宝信软件股份有限公司（简称 宝信软件）和ＧＥ ＦＡＮＵＣ公司在宝信软件总部举办了宝信软 件一ＧＥ ＦＡＮＵＣ合作签约仪式，宝信软件公司总经理王力和ＧＥ ＦＡＮＵＣ公司大中国区总经理黄家裕分别代表宝信软件和ＧＥ ＦＡＮＵＣ签署了合作协议。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐａｔｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒｓ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏｍｏｔｅｄ ｖｅｒａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｆｉｌｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ＡＮＳＹＳ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ａｌｓｏ．
所以稀土永磁直流无刷方波电机的空载漏磁系 数为
ｃｒｎ＝联ｄ端部＋仃极间一１） ｋ为修正系数。 ３．２电枢计算长度 电枢计算长度是考虑电机气隙磁场的端部效 应。如果所采用永磁体的轴向长度Ｌｍ与电枢长度乙 相等，由于电枢铁心轴向长度远大于气隙长度，气 隙磁场向端部扩散的影响很小，所以电枢计算长度 可以近似取：
ｋ＝乞＋２６。 有时为了充分利用材料，磁极两端轴相向长度 Ｌ。常比电枢铁心长。此时就必须通过求解端部磁场 来计及这部分端部效应。其模型与空载漏磁系数的 端部漏磁模型相同。通过ＡＮＳＹＳ计算后，可分别求 出Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ的磁矢位值，则电枢计算长度增量 为：
她＝ｋ—Ｌ＝
乙一匕】
因此，电枢计算长度为：‘＝厶＋必
2.期刊论文 夏旎.李红.房建成.刘刚.XIA Ni.LI Hong.FANG Jian-cheng.LIU Gang 磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电
动机参数的三维场计算方法 -微电机2006,39(1)
磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电机具有大气隙、小长径比的结构特点.采用ANSYS有限元软件对电机进行了三维场建模分析.提出了一种针对该种电机三 维场的等效气隙磁通密度计算系数和等效漏磁系数的计算方法.实际电机的实验结果表明,用这一方法计算的电机设计参数具有足够的精度,能够满足工程 实际需要.
６结束语
通过采用磁路计算与磁场分析结合的办法，使 稀土永磁直流无刷电机的设计的效率和准确性得到 了统一。
万方数据
２００６年第７期电一麓纛ｌ ２３
微电机专题
图９空载点的迭代过程
Байду номын сангаас参考文献
［１］ 李钟明．稀土永磁电机．北京：国防工业出版社，１９９９ ［２】 李琛．无刷直流电动机原理及应用．北京：机械工业出
空载漏磁系数是影响电机的工作点特性最显著 的参数，它与电机的极距，气隙长度，及永磁体等 有关。因此我们采用有限元软件ＡＮＳＹＳ对其进行分 析。
稀土永磁直流无刷方波电机的漏磁包括端部漏 磁和极间漏磁。其端部漏磁场的求解区域（图１）和 磁场分布（图２）如下：
万方数据
２００６年第７期＝１１＝１１１１Ｉ ２１
稀土永磁直流无刷电机的主要尺寸可以根据以 下式子确定：
／９，１ ２
主要尺寸与工作点的线负荷、气隙磁密有关。 其中线负荷根据其运行方式和散热条件来确定，如 果为短时运行或有特殊散热条件，可取大值，否则 将要适当的取小。气隙磁密则根据所选永磁体材料， 磁钢的放置等条件来取值，如果是钕铁硼材料，一
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ．ＡＮＳＹＳ，Ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｌｅａｋａｇｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，Ｐｏｌａｒ ａｒｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
１前言
稀土永磁直流无刷电机由于其结构简单、运行 可靠、效率高等诸多特点在近年来逐渐应用于各个 领域，特别是在有重量和性能的特殊要求的场合。 本文主要对稀土永磁直流无刷电机的本体设计过程 进行了分析，利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ计算了 其中对电机运行性能具有较大影响的参数，提高了 磁路计算中精确度。
关键词：ＡＮＳＹＳ漏磁系数极弧系数
Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ Ｒａｒｅ－Ｅａｒｔｈ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ
Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ Ｍｏｔｏｒｓ
Ｃｈｅｎ Ｙｉｎｇ Ｈｕａｎｇ Ｓｈｏｕｄａｏ Ｚｈａｎｇ Ｔｉｅｊｕｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，４１００８２）
ＧＥ ＦＡＮＵＣ由美国通用电气公司和日本Ｆａｎｕｃ公司合资组 建，提供自动化硬件和软件解决方案。公司是ＧＥ基础设施 业务集团的一部分，其亚太公司业务遍包括中国、韩国、日 本、东南亚，西亚和大洋洲等多个地区。
本次双方主要进行ＯＥＭ ｉＦＩＸ的项目合作，由宝信软件 自主研发的监控一体化指挥平台（ｉＣｅｎｔｒｏＶｉｅｗ），是宝信软 件近几年重点推广的产品，它是集信息采集、监视、控制、 指挥为一体的软件平台，已经在交通、公安、市政、矿业等 行业成功应用。为使该产品更具市场竞争力，宝信软件与ＧＥ Ｆａｎｕｃ公司合作，将ＧＥ Ｆａｎｕｃ全球领先的自动化监控组态软 件（ｉＦＩＸ）整合进宝信的ｉＣｅｎｔｒｏＶｉｅｗ产品。
微电机专题
稀土永磁直流无刷电机设计研究
陈 颖 黄守道张铁军
（湖南大学电气与信息Ｓ－程学院 长沙４１ ００８２）
摘要 本文讨论了磁路计算和磁场有限元分析相结合的方法在稀土永磁直流无刷电机设计中 的具体应用，提高了稀土永磁直流无刷电机设计的准确度。提出了电机中重要参数的有限元求解方 法，并给出了有限元分析的结果。
般取０．５～０．７５ｂｏ ｏ
３主要系数的计算
在磁路计算中的四个主要系数是：空载漏磁系 数、电枢计算长度、计算极弧系数和气隙系数。一 般情况下，这些参数都是使用经验公式或经验数值 进行计算的。由于稀土永磁直流无刷电机的特殊结 构和原理，使得结果的准确度不高。如果采用磁场 分析计算对电机性能影响较大的参数，则可以提高 设计结果的准确度。下面是各个参数的具体计算过 程。 ３．１空载漏磁系数
３．３计算极弧系数 极弧系数为计算极弧宽度与极距的比值，也可
以定义为气隙平均磁通密度与最大。 磁通密度的比值。在ＡＮＳＹＳ后处理器中，定义
一个极下气隙路径，可以得到这个路径上的各个节 点的磁通密度，如图７。从而容易得到气隙磁通平均 值与最大值。
微电机专题
图７气隙磁场分布结果 ３．４气隙系数
在电机的磁路计算中，计算气隙磁位差，为了 考虑因电机开槽而是气隙磁阻增加的影响，引入了 气隙系数聪。它是计算气隙长度４与实际气隙长度 ６的比值，也是实际的气隙最大磁通密度眈。。与计 算时采用的气隙最大磁通密度风的比值：
宝信软件是宝钢股份控股的上市软件企业，已具备信息 技术与现代管理技术相结合、项目规划咨询和工程实施相结 合、软件构件化和定制化设计相结合的能力，拥有构建最佳 性价比的网络技术、提供决策平台系统的软件技术、解决信 息孤岛问题的集成技术和为用户提供专业服务的支持技术 等，在企业信息化、过程自动化和城市信息化等领域占有领 先优势。
同而变化较大，而且①。和入。又相互制约，因此利
用迭代法进行求解。（如图９）
在负载点的求解中，先假设一速度ｎ７，利用空
载迭代求出的磁通计算出电流和反电动势，然后计
算电机的总的损耗得出输出功率。将输出功率与额
定功率进行比较，如果相差很大，重新假设速度值
进行迭代。具体步骤如图１０。
５损耗和效率
直流无刷电机的损耗包括电枢铜耗、电枢铁耗、 轴承摩擦损耗、风损、开关损耗等。各种损耗具体 的经验公式参考同步电动机或直流电机。
参考文献(4条) 1.李钟明.刘卫国 稀土永磁电机 1999 2.李琛 无刷直流电动机原理及应用 1996 3.张宏林 Visual Basic编程实例 1999 4.唐任远 现代永磁电机理论与设计 2002
相似文献(10条)
1.学位论文 万军 永磁直流无刷电动机的研究 2003
如何更好地设计、分析无刷直流电机,以降低成本,提高无刷直流电机性能,分析方法越来越重要,传统方法一般是采用比较简单的磁路法,用磁钢工作 图,计算静态及动态的工作点.但是如要对电机性能进行精确的分析,用这种磁路法就感到力不从心了.近年来对永磁无刷直流电机的分析多采用有限元法 ,用场的方法对永磁电机的一些参数进行计算、分析.所以使用有限元软件对无刷直流电机分析的具体、高效的方法,就非常值得探讨了.该文深入探讨如 何将ANSYS有限元软件应用到电机设计和分析中去的方法,并据此对集中式绕组的无刷直流电机作一初步分析.在此基础上,针对一无刷直流电机设计进行 二次开发,利用ANSYS提供的APDL语言和高级编程语言,形成能对ANSYS建模进行控制的无刷直流电机设计的专用软件包,以提高设计分析的效率.并达到对 不了解ANSYS的电机设计人员也可利用ANSYS强大功能的目的.利用上述软件研讨无刷直流电机的定位转矩的求取方法;分析集中式绕组的无刷直流电机各 结构设计参数对磁场的影响,尝试求取、分析空载漏磁系数,讨论如何削弱定位转矩.该文的研究内容,对无刷直流电机的具体分析工具、方法作了进一步 的探索,对设计、生产实践具有一定的现实意义.
Ｃ
图３极间漏磁最少时的求解区域
图４极间漏磁最少时的磁场分布
图５ 极间漏磁最多时的求解区域
２２Ｉ ｑｑｍｌｌｔ ２００６年第７期
万方数据
图６ 极间漏磁最多时的磁场分布 通过磁场计算，可以得到场中ＥＦＧＨ各点的
仃端部：幽 磁矢位值，则极间漏磁系数为： ｌ如一ＡＤｌ
平均极间漏磁系数为：
仃４。２仃ｍⅡ＋仃ｆＩｌｉｎ
西。ｏ＝①ｒ—ａｂｒ·只ｏ／只
ｍ。
图８等效磁路图 外磁路的有关参数可表示为：
—ｃｂｍ—Ｏ：（垒！±垒！！竺！：鱼垒§竺：
巴。
人ｏＣ
Ａ。Ｃ
联立求解
①。一 人。
一Ｂ。ｏ
①，
人。＋人。
毋
巴。一 Ａｏ 一日。ｏ
Ｆｃ
入ｎ＋入ａ
Ｈ ｃ
上述是线性等效磁路时的情况，考虑磁路饱和
时，空载、额定和最大去磁时的磁导随饱和程度不
２４Ｉ囊一藏最２００６年第７期
万方数据
稀土永磁直流无刷电机设计研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
陈颖， 黄守道， 张铁军， Chen Ying， Huang Shoudao， Zhang Tiejun 湖南大学电气与信息工程学院,长沙,410082
电气技术 ELECTEICAL ENGINEERING 2006，""(7) 3次
微电机专题
图１ 端部漏磁求解区域
图２端部漏磁磁场分布 通过磁场计算，可以得到场中Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ各点的 磁矢位值，端部漏磁系数为：
仃端部＝网ＩＡＥ－ＡＦＩ
极间漏磁随定转子相对位置的不同而有所差 异，在定子齿对准极间时漏磁最多，而槽口对准极 间时，极间漏磁最少，因此应该取上述两个位置的 漏磁系数的平均值，其两种位置的求解区域和磁场 分布分别如图３～图６：
Ｋ８－鲁＝等
由于永磁材料的磁导率接近与空气的磁导率， 永磁体内阻很大，永磁磁极与气隙的交界面不再是 等位面，理论分析表明，计算永磁电机的气隙系数 可以沿用电励磁电机的公式，但需要把永磁体磁化 方向长度ｋ也当作气隙，它与气隙长度６之和作为 总气隙长度。此时槽宽缩减因子为：
２ 嗍ｏ．ｓｃ南Ｈ竿， 觑ｈ而ｂｏ，２］ Ｏ＂ｓ＝＝—／ｔ—＂
则总气隙系数为：
Ｋ：墨坠：
１８
Ｂ８
ｔ一仃。ｂｏ
式中：环一一槽口宽度； ｔ一一沿电枢圆周的齿距
由此得出计算气隙长度： ４＝Ｋ８。（６＋‰）一‰
＝Ｋｓ，６＋（Ｋｓ。一１）‰ 得永磁电机的气隙系数：
磁＝鲁＝％。＋（Ｋｓｍ－１）等
４空、负载工作点计算
在计算稀土永磁直流无刷电机的空载点时，利
用解析磁路法，将永磁体等效为一个恒磁通源①，与 一个恒定内磁导Ａ。相并联的磁通源，外磁路所提 供的总磁通中。分为与电枢绕组匝链的主磁通和不 与电枢绕组匝链的漏磁通，其对应的磁导为主磁导 人ｓ和漏磁导人ｏ（如图８）。电机负载运行时，在 一个磁状态内，一半增磁一半去磁，即可以不考虑 电枢磁势的影响，将视为与空载相同。退磁曲线为
版社，１９９６
图１０负载工作点性能计算迭代过程
［３】 张宏林．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ编程实例．北京：人民邮电出版 社，１９９９
［２】 唐任远．现代永磁电机理论与设计 机械工业出版 社，２００２；８
宝信软件、ＧＥ ＦＡＮＵＣ举行合作签约仪式
２００６年７月３日，上海宝信软件股份有限公司（简称 宝信软件）和ＧＥ ＦＡＮＵＣ公司在宝信软件总部举办了宝信软 件一ＧＥ ＦＡＮＵＣ合作签约仪式，宝信软件公司总经理王力和ＧＥ ＦＡＮＵＣ公司大中国区总经理黄家裕分别代表宝信软件和ＧＥ ＦＡＮＵＣ签署了合作协议。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐａｔｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒｓ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏｍｏｔｅｄ ｖｅｒａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｆｉｌｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ＡＮＳＹＳ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ａｌｓｏ．
所以稀土永磁直流无刷方波电机的空载漏磁系 数为
ｃｒｎ＝联ｄ端部＋仃极间一１） ｋ为修正系数。 ３．２电枢计算长度 电枢计算长度是考虑电机气隙磁场的端部效 应。如果所采用永磁体的轴向长度Ｌｍ与电枢长度乙 相等，由于电枢铁心轴向长度远大于气隙长度，气 隙磁场向端部扩散的影响很小，所以电枢计算长度 可以近似取：
ｋ＝乞＋２６。 有时为了充分利用材料，磁极两端轴相向长度 Ｌ。常比电枢铁心长。此时就必须通过求解端部磁场 来计及这部分端部效应。其模型与空载漏磁系数的 端部漏磁模型相同。通过ＡＮＳＹＳ计算后，可分别求 出Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ的磁矢位值，则电枢计算长度增量 为：
她＝ｋ—Ｌ＝
乙一匕】
因此，电枢计算长度为：‘＝厶＋必
2.期刊论文 夏旎.李红.房建成.刘刚.XIA Ni.LI Hong.FANG Jian-cheng.LIU Gang 磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电
动机参数的三维场计算方法 -微电机2006,39(1)
磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电机具有大气隙、小长径比的结构特点.采用ANSYS有限元软件对电机进行了三维场建模分析.提出了一种针对该种电机三 维场的等效气隙磁通密度计算系数和等效漏磁系数的计算方法.实际电机的实验结果表明,用这一方法计算的电机设计参数具有足够的精度,能够满足工程 实际需要.
６结束语
通过采用磁路计算与磁场分析结合的办法，使 稀土永磁直流无刷电机的设计的效率和准确性得到 了统一。
万方数据
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微电机专题
图９空载点的迭代过程
Байду номын сангаас参考文献
［１］ 李钟明．稀土永磁电机．北京：国防工业出版社，１９９９ ［２】 李琛．无刷直流电动机原理及应用．北京：机械工业出
空载漏磁系数是影响电机的工作点特性最显著 的参数，它与电机的极距，气隙长度，及永磁体等 有关。因此我们采用有限元软件ＡＮＳＹＳ对其进行分 析。
稀土永磁直流无刷方波电机的漏磁包括端部漏 磁和极间漏磁。其端部漏磁场的求解区域（图１）和 磁场分布（图２）如下：
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