永磁同步电动机径向电磁力的分析
高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究
高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究1. 本文概述本文旨在深入研究高速永磁同步电机（PMSM）的电磁分析与转子动力学特性。
随着现代工业技术的发展，高速永磁同步电机以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在航空航天、机床工具、新能源发电等领域得到了广泛应用。
对高速永磁同步电机进行深入的电磁分析和转子动力学研究，对于优化电机设计、提高电机性能、拓宽应用领域具有重要意义。
本文将首先介绍高速永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续分析提供理论基础。
随后，文章将重点围绕电磁分析展开，包括电机绕组设计、磁路分析、电磁场计算等方面，以揭示电机内部电磁过程的本质规律。
在此基础上，本文将进一步探讨高速永磁同步电机的转子动力学特性，包括转子动力学模型建立、模态分析、振动噪声控制等内容，以揭示电机在高速运行过程中的动态响应和稳定性问题。
本文将对高速永磁同步电机的电磁分析与转子动力学研究进行总结，归纳出电机设计优化的关键因素，为未来的电机研发和应用提供有益的参考。
通过本文的研究，期望能为高速永磁同步电机的技术进步和产业发展做出一定的贡献。
2. 高速永磁同步电机的基本理论高速永磁同步电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Machine, HSPMSM）是一种广泛应用于航空航天、高速列车、风力发电等领域的电机。
其基本工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。
在电机中，通过在转子上安装永磁体和在定子上布置三相绕组，当三相交流电通过绕组时，产生旋转磁场。
这个旋转磁场与永磁体的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。
电磁场的分析是理解HSPMSM运行特性的关键。
主要分析内容包括磁场的分布、磁通量的路径以及电磁力的大小和方向。
这些分析通常基于麦克斯韦方程组，通过有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）等数值方法进行。
通过电磁场分析，可以准确预测电机的电磁性能，如转矩、反电动势和效率。
外转子表贴式永磁同步电机永磁体径向吸力分析计算
外转子表贴式永磁同步电机永磁体径向吸力分析计算曹晴;周石;王冬梅【摘要】针对电机空载和负载两种情况,对表贴式永磁同步电机永磁体的受力进行理论分析,得到不同情况下永磁体所受径向力的计算公式.以一电机模型为例,采用解析计算方法并结合有限元计算的磁密分布波形图计算得到了两种情况下永磁体的受力大小,并与Ansoft二维稳态场直接计算的电磁力进行对比分析.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2018(053)006【总页数】4页(P12-14,28)【关键词】空载;永磁同步电机;径向力【作者】曹晴;周石;王冬梅【作者单位】中车株洲电机有限公司,湖南株洲412000;中车株洲电机有限公司,湖南株洲412000;中车株洲电机有限公司,湖南株洲412000【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言由于稀土永磁具有高剩磁密度、高矫顽力和高磁能积的特点，永磁电机的应用日益广泛。
无论是在驱动电机领域还是在高速电机领域，表贴式永磁电机都正在飞速发展。
外转子表贴式永磁电机一般应用于高转矩密度，低速运行的大扭矩直驱电机，此类电机在电机内部结构上一般采用多极，永磁体直接贴于转子铁心上的形式，当永磁体对定转子铁心的合磁力偏小，可能导致永磁体在径向方向上发生位移，严重时会导致整个永磁体从转子上脱离出来，因此需要对永磁体进行受力分析，判断永磁体在不同情况下的受力。
1 磁场力产生原理永磁电机的永磁体直接贴在转子铁心上，如下图1所示。
图中分段的圆环即为永磁体。
图1 永磁电机截面图为了更好的分析磁场力，得到磁场力表达式，做如下假设(1)磁场在导磁材料中均匀分布；(2)定转子铁心相对磁导率远大于1；(3)介质为各向同性介质。
对于表贴式永磁电机来说，由于转子表面存在永磁体，会产生磁场，使得导磁材料在磁场中被磁化，磁化后的导磁材料将会在表面以及内部产生磁化电流[1]。
导磁材料在磁场中受到的磁场力为=∭=∭((1)式中，导磁材料表面磁化电流面密度；内部磁化电流体密度；介质磁化强度；磁感应强度。
(完整)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Maxwell 2D 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st T 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：计算额定数据:(1) 额定相电压:N 220V 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。
永磁同步电动机径向电磁力的分析研究
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。
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。
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
永磁同步电机常用转子结构的电磁振动分析
永磁同步电机常用转子结构的电磁振动分析徐庆1殷浩文2（1.国网宿迁供电公司，江苏宿迁223800；2.国网连云港供电公司，江苏连云港222002）摘要：由于转子永磁体和定子铁芯之间存在极强的电磁吸力，当转子旋转时会引起电机定子的机械振动。
现对不同转子结构的永磁同步电机的电磁振动问题进行分析比较，包括表面式、内置式转子结构，其中内置式转子结构又分径向式和切向式转子结构。
首先分析了永磁电机内部的电磁力分布，通过二维电磁场的分析计算，可以得到在不同转子位置时电机内部的电磁力分布。
将电磁力耦合到电机的瞬态结构有限元模型中，可以计算得到永磁同步电机的振动特性。
关键词：永磁同步电机；转子结构；电磁力；电磁振动0引言国外一些发达国家的学者最早开始探究永磁电机的电磁振动，20世纪40年代，曾有学者对电机电磁振动与噪声进行研究，找出两者的影响因素，并且掌握了一定的规律。
之后，随着电机的广泛应用，电机振动问题在工业和生活等各个领域越来越突出，因此电机振动的研究价值越来越大，各国学者纷纷开展对电机振动的研究工作。
1永磁同步电机常见的转子结构本文将针对几种常见的转子结构，包括表贴式、切向式、V型以及一字型四种不同的转子结构，分析电磁力引起电机结构的机械振动。
图1给出了四台电机的截面图，四台电机具有相同的定子内径、定子外径、转子内径以及转子外径，具体参数如表1所示。
文中首先对几种结构的电机进行了二维电磁场分析，得到了电机内部的磁场和电磁力的分布情况，并对其进行二维FFT 分析，以比较不同转子结构的电机电磁力分布特点。
在此基础上，将分析得到的电磁力施加在瞬态结构分析模型中，通过有限元仿真对四台电机的振动情况进行了分析对比研究。
2电机定子电磁力分析本文采用二维时步有限元对四种不同转子结构的电机进行了电磁场计算，得到了四台电机在定子内表面上的电磁力的分布情况，电磁力的计算采用了Maxwell （麦克斯韦）应力法。
根据麦克斯韦公式，对于稳态或缓变磁场，作用于真空（或空气）介质中任一单位表面积上的电磁应力为：p =1μo（n·b ）b -12μo b 2·n （1）化简得径向电磁力密度表示为：f r =1μo （b r 2-b t 2）≈12μob r 2（2）式中，b r 为径向磁通密度；b t 为切向磁通密度；μo 为空气磁导率。
永磁同步电机径向电磁力
永磁同步电机径向电磁力永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源的同步电机。
它具有结构简单、功率因数高、效率高、体积小、重量轻、响应快等优点，广泛应用于电动汽车、工业生产线等领域。
在永磁同步电机中，径向电磁力是其重要的性能指标之一。
径向电磁力是指电机在运行过程中，产生的沿着径向方向的力。
它的大小和方向直接影响电机的运转稳定性和效率。
永磁同步电机的径向电磁力主要由两部分组成：一是永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用产生的磁场力；二是定子绕组中电流与磁场相互作用产生的电磁力。
永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用产生的磁场力是永磁同步电机径向电磁力的主要来源。
在电机运行过程中，永磁体的磁场与定子绕组中的磁场相互作用，产生一个径向的力。
当永磁体的磁场与定子绕组的磁场方向相同时，磁场力的大小最大；当二者的磁场方向相反时，磁场力的大小最小。
通过调节永磁体的磁场强度和定子绕组的磁场分布，可以控制永磁同步电机的径向电磁力大小和方向。
定子绕组中电流与磁场相互作用产生的电磁力也会对永磁同步电机的径向电磁力产生影响。
当定子绕组中通过电流时，电流与磁场相互作用，产生一个沿着径向方向的力。
这个力的大小和方向取决于电流的大小和方向，以及磁场的分布。
通过调节定子绕组中的电流大小和方向，可以改变永磁同步电机的径向电磁力大小和方向。
在实际应用中，为了实现永磁同步电机的稳定运行和高效率工作，需要合理设计电机的结构和参数。
首先，需要选择合适的永磁体材料和磁场分布方式，以获得较大的磁场力。
其次，需要选择合适的定子绕组结构和参数，以获得合适大小和方向的电磁力。
同时，还需要考虑电机的散热和保护等问题，以确保电机的安全可靠运行。
永磁同步电机的径向电磁力是其重要的性能指标之一，对电机的运行稳定性和效率有着直接的影响。
合理设计电机的结构和参数，可以实现较大的径向电磁力，提高电机的性能和效率。
随着技术的不断进步，永磁同步电机在各个领域的应用将进一步扩大。
永磁同步推进电机电磁振动分析
2017年12月电工技术学报Vol.32 No. 23 第32卷第23期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Dec. 2017 DOI：10.19595/ki.1000-6753.tces.161991永磁同步推进电机电磁振动分析陈益广1韩柏然1沈勇环1魏娟2郭喜彬2（1. 天津大学智能电网教育部重点实验室天津 3000722. 北京精密机电控制设备研究所北京 100076）摘要依据Maxwell应力方程推导了永磁同步电机径向电磁力的解析表达式，分析归纳了电机内各阶次、各频率径向电磁力的来源。
以一台45槽10极永磁同步推进电机为例，分别建立了电机电磁有限元模型和结构有限元模型，并进行了模态分析；将电磁有限元模型中得到的径向电磁力耦合到结构有限元模型中，对电机进行了电磁振动谐响应分析；最后将样机实测加速度频谱与有限元仿真结果进行对比，验证了径向电磁力解析式及电磁振动有限元仿真结果的正确性。
关键词：永磁同步推进电机电磁振动径向电磁力谐响应分析中图分类号：TM351Electromagnetic Vibration Analysis of Permanent MagnetSynchronous Propulsion MotorChen Yiguang1 Han Boran1 Shen Yonghuan1 Wei Juan2 Guo Xibin2(1. Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education Tianjin UniversityTianjin 300072 China2. Beijing Research Institute of Precise Mechanical and Electronic Control EquipmentBeijing 100076 China)Abstract The analytical expressions of permanent magnet synchronous motor radial electromagnetic force are derived according to the Maxwell stress equation, and the sources of radial electromagnetic force of each order and frequency are analyzed and concluded. Taking a 45-slot 10-pole permanent magnet synchronous propulsion motor (PMSPM) as an example, the electromagnetic finite element model and structure finite element model of the motor are established respectively. Then the modal analysis is carried out on the motor. The radial electromagnetic force obtained from the electromagnetic finite element model is coupled to the structural finite element model, so that the harmonic response analysis is performed on the electromagnetic vibration of the motor. Finally, the acceleration spectrum of the prototype is compared with the corresponding finite element simulation result, which have verified the correctness of the radial electromagnetic force analytic expressions and finite element simulation results.Keywords：Permanent magnet synchronous propulsion motor, electromagnetic vibration, radial electromagnetic force, harmonic response analysis0引言推进电机是舰船和水下装备的动力核心[1]。
分数槽永磁同步电机径向电磁力研究
中图分类号:TM302文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.l006-2807.2019.02.004 Abstract: Due to the different magnetic circuit distri bution of each pole, the fractional-slot PMSM is more likely to generate low-order radial electromagnetic force waves than the integer groove PMSM, which has a great influence on the vibration and noise in the moto匚 The radial electro・ magnetic force of the fractional slot PMSM as well as the orders and frequencies of the force wave are analyzed and calculated in the air-gap magnetic field. The finite element simulation is carried out in a 12-slot 10-pole fractional-slot PMSM taken as an example. The simulation results show that the analytical calculation results are correct. Keywords: fractional slot PMSM radial force slotting on stator teeth
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电磁设计是指针对给定的电机参数要求，确定合理的线圈结构、磁场分布和磁路特性等方面的技术设计过程。
其目标是在满足规定的机械特性、电磁特性和工艺要求的前提下，使电机具有最佳的效率、功率因数和转矩密度等性能。
首先，需要确定合适的线圈结构。
根据电机的功率、转速和负载要求等参数，选择合适的线圈类型、匝数和截面形状等。
其中，多层绕组结构可以提高电机的功率密度，而单层绕组更易于制造，降低了制造成本。
其次，需要进行磁场分析。
通过计算机仿真软件或有限元方法，建立电机的磁场模型，分析电机各部分的磁场分布和特性。
磁场分析主要包括磁感应强度、磁通分布、磁势能、磁压力等参数。
通过优化磁场分布，可以提高电机的转矩密度和效率。
磁场分析的过程中，还需要进行磁路设计。
磁路设计包括永磁体的选型和磁路结构的设计。
永磁体的选型要考虑其磁化特性、矫顽力和温度稳定性等因素，以满足电机对磁场的高稳定性和大转矩要求。
磁路结构的设计要优化磁路的传导能力和磁阻损耗，以减小电机的铜损和磁铁损耗，提高电机的效率。
另外，还需要考虑绕组的热设计。
在电磁设计和磁场分析的基础上，进行绕组的热分析和散热设计。
通过合理的冷却措施和散热结构的设计，避免电机过热，保证电机的可靠运行。
同时，绕组的电磁阻抗特性和电磁噪声也是电磁设计和磁场分析的重要考虑因素。
通过优化线圈结构和绕组的布局方式，可以减小电机的电磁阻抗和电磁噪声，提高电机的工作效果和可靠性。
总之，调速永磁同步电动机的电磁设计和磁场分析是确保电机性能的重要环节。
通过合理的线圈结构、磁场分布和磁路特性等技术设计，可以提高电机的效率、功率因数和转矩密度等性能指标，满足电机在不同应用领域的要求。
同时，绕组的热设计、电磁阻抗特性和电磁噪声等问题也需要合理考虑，以确保电机的可靠工作。
表贴式调速永磁同步电动机径向磁拉力分析_梁文毅
Rad ial E lectrom agnetic Force Analysis of V ector- C on trolled SPM S Ms LIANG W en - y i ( H angzhou E asitech Corporat io n , H ang zhou 310053 , China)
Abstract : T he har m on ic constituent part of magnetic fie ld in vector- controlled SPM SM syste m w ith load was analysed and the conclus ion tha t the load- fie ld can be sepa rated in to no - load field and ar m ature field was proposed and ve rified by EasM i o tor . T he rad ia l e lectrom agnetic fo rce can been ana lysed by the FEM m ethod based on th is conc lusion and it provides theo retical basis fo r the study of no ise and v ibration e li m ination. K ey word s :P M SM; e lec trom agnetic no ise ; radia l e lectro m agnetic fo rce ; m agnetic field separation
当然 , 在实际分析中, 也不可忽视其它各次谐波 的因素, 在后续的分析中, 通过电磁场分析的方法, 可以有效地分析各谐波产生的主要的径向力波。
车用永磁同步驱动电机径向力波仿真分析
车用永磁同步驱动电机径向力波仿真分析吴爽;于蓬;章桐【摘要】Permanent magnet synchronous drive motor for motor vehicle was studied in this paper .Ansoft was used to build two-dimensional model of the motor, simulated the motor air gap flux density time distribution and spatial distribution, and calculated motor radial electromagnetic force .Through the harmonic analysis of the time and spatial distribution of the flux density and radial electromagnetic force wave , their law with the speed and load changes were determined to lay the foundation for the vibration and noise analysis of the motor .% 以某车用永磁同步驱动电机为研究对象，采用Ansoft软件建立其二维电磁模型，对电机的气隙磁密时间分布和空间分布进行仿真，计算得到电机的径向电磁力波。
通过对气隙磁密时间分布、空间分布和径向电磁力波进行谐波分析，把握其随转速和负载变化的规律，为电机的振动和噪声分析打下基础。
【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】4页(P666-669)【关键词】永磁同步电机;气隙磁密;径向电磁力;谐波分析【作者】吴爽;于蓬;章桐【作者单位】同济大学汽车学院,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804; 同济大学新能源工程中心,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言驱动电机是电动汽车的关键部件之一，为了保证电动汽车的行驶稳定性和舒适性，对电机的性能提出了更高的要求.本文主要针对电机的电磁噪声展开研究.电磁噪声由电磁振动产生，电磁振动则由电机的空气隙中，定、转子绕组电流建立的磁场的相互作用下所产生的周期力引起.S.J.Yang总结出了电机产生的噪声与噪声源及其响应，以及作为噪声源的装置的辐射特性有关，第一次提出了近似共振的概念[1];文献[2]对感应电动机、同步电动机和直流电动机噪声产生机理进行了更详尽和系统的研究，提出径向力波的概念，对径向力的频率成分进行了数学描述和实验验证;代颖等对电动车驱动用永磁同步电机进行了力矩特性的研究[3];宋志环等进行了不同极槽配合永磁同步电动机振动噪声分析[4];高学联对电动汽车用永磁无刷电动机进行了研究[5].本文以某电动小车的永磁同步驱动电机的电磁特性为对象进行分析和研究，采用Ansoft软件建立其二维模型，对电机的气隙磁密时间分布和空间分布进行仿真，计算得到电机的径向电磁力波.1 永磁电机二维仿真模型1.1 模型建立利用Ansoft Maxwell中的RMxprt模块对45kw永磁同步电机进行建模，本文研究的为电动汽车驱动用永磁电机.通过实地观测得到电机的各项参数，对电机结构较为复杂的转子进行CAD建模.图1 电机二维仿真模型表1 电机的结构参数定子外径/mm 230转子内径/mm 43气隙/mm 0.6定子内径/mm 156.4轴向长度/mm 100槽数48运用 Ansoft软件后其中的 RMxprt模块对45kW电机定子铁心，转子铁心和永磁体材料进行定义，生成电机的二维模型.模型建立后利用该模块的一键式直接导入2D界面的功能，自动完成45kW电机Maxwell 2D模型的建立.同时将CAD建立的转子的模型导入到该二维模型中，取代其自动生成的转子模型，电机的二维建模完成.1.2 模型验证对电机施加三相正弦电流作为电机的激励源，以额定负载转速3000rpm为例，三相激励电流如图2所示.图2 3000rpm时电机三相激励电流图3 各转速下试验测得和仿真得到的电机输出转矩图4 定子内表面圆周的气隙磁密空间分布通过给定负载正弦波激励电流和恒定转速，将仿真得到的输出转矩与实验得到的数据进行对比，对仿真模型进行验证.图3为各转速下试验和仿真得到的电机的输出转矩.可知软件仿真得到的各转速下的负载输出转矩与实验得到的各转速下的负载输出转矩基本吻合，验证了软件仿真模型的正确性，即对于对称布置永磁体，不考虑端部效应的永磁同步电机可以采用二维模型替代三维模型的简化方式，对电机的性能进行仿真.2 永磁电机仿真分析2.1 空载分析为了方便空载工况的计算，将激励电流值设为0，对额定转速3000rpm进行了仿真，得到定子内表面圆周的气隙磁密空间分布如图4所示，电机定子内表面某点的气隙磁密时间分布如图5所示.图5 定子内表面某点的气隙磁密时间分布图6 3000rpm时电机定子内表面某点的气隙磁密时间分布图7 3000rpm时电机定子内表面某点的气隙磁密时间分布谐波分析图4为定子内表面圆周的气隙磁密空间分布，从整体上来看与空间点的气隙磁密时间分布波形较为相似，都类似矩形波，且有一段时间内气隙磁密为0.但气隙磁密空间分布上每个波峰波谷处都有极大的波动，幅度达到0.6T.图5所示为电机定子内表面某点的气隙磁密时间分布，图中曲线光滑，气隙磁密呈现类似矩形波形状，气隙磁密的最大值约为0.8T，且波形之间有一段时间的延迟，即某一段时间气隙磁密为0.图8 3000rpm时电机定子内表面气隙磁密空间分布2.2 负载分析2.2.1 气隙磁密时间分布和空间分布给定相应的正弦波激励电流，对不同转速下电机的稳态工况进行仿真分析，可以得到气隙磁密的时间分布和空间分布.以额定负载转速3000rpm为例，得到电机定子内表面某点的气隙磁密时间分布如图6所示，谐波分析如图7所示.表2为对各转速下该点气隙磁密时间分布图进行谐波分析后得到的谐波幅值最大处频率.表2 谐波幅值最大处频率及气隙磁密大小转速/(rpm) 电流频率/(Hz) 幅值/(T)1000 66.67 0.58282000 133.33 0.60613000 200 0.58694000 266.670.55965000 333.33 0.54696000 400 0.54107000 466.67 0.54098000 533.33 0.54149000 600 0.5424结合表2和图7可以看出，在各个转速下，气隙磁密的基频与激励电流的频率保持一致;基频处的幅值最高，约为谐波最大幅值的6～7倍.之后的幅值高点出现在3倍频，5倍频，7倍频，9倍频，11倍频处，其中7倍频处的幅值在这些倍频中最大.从走向趋势上来看，从1000rpm到7000rpm转速范围内基频及各倍频处的幅值都随着转速的变大呈现下降的趋势.7000rpm到9000rpm转速范围内基频处的幅值则随着转速的增加而略有增长.整体而言，基频随着激励电流频率的增大而增大，在高转速时，5000Hz内气隙磁密谐波的成分较低转速时明显减少，幅值也较低.电机定子内表面周向的气隙磁密分布如图8所示.电机有4对极，即一共8极，所以在一周范围内气隙磁密共有4个波峰和4个波谷，对应该极的气隙磁密最大处.负载时的气隙磁密随定子内表面的空间分布与激励电流的正弦波形相似，不同于空载时类似矩形波的气隙磁密空间分布波形.从图中可以得到，气隙磁密的最大值约为1.4T，每隔45°出现一个波峰或波谷，而且越靠近峰值处，气隙磁密的波动越大，当接近0时，则基本无波动，与空载时的变化趋势相似.这是由于定子绕组槽对气隙磁密的影响，所以在某空间点气隙磁密沿时间分布图上并没有这种波动现象.2.2.2 径向电磁力时间分布图9 3000rpm负载转速下电机定子内表面某点的径向电磁力时间分布图10 3000rpm时电机定子内表面某点的径向电磁力的谐波分析表3 谐波幅值最大处频率及径向电磁力波大小转速/(rpm) 频率/(Hz) 幅值/(N/m2)1000 133.3 1322002000 266.67 1342003000 399.9 1343004000 533.2 1179005000 666.4 1084006000 799.7 1048007000 933.3 969808000 1067 972409000 1200 43900以额定转速负载稳态工况为例，得到该空间点的径向电磁力时间分布和谐波分析.从图10可得3000rpm负载转速下该点的径向电磁力的谐波分析的最大值出现在频率为0处，为2.649×105 N/m2.谐波幅值呈现随转速增加而减小的趋势，与气隙磁密的变化基本相同.各转速下径向电磁力的谐波幅值最大处的频率及其幅值大小如表3所示.将表2与表3比较可知，径向力波的频率为激励电流频率的2倍，即f=2f1 r(r=1，2，3，…)，f1为激励电流频率，及激励电流的频率.由此可得，同步电机的电磁噪声和振动频率与电网频率成整数倍的关系，当电网频率为50Hz时，同步电机的振动和噪声频率为100的倍数，这也是同步电机与异步电机在振动和噪声方面的区别所在.而对于本文研究的电动汽车驱动用调速永磁同步电机来说，为了满足尽可能增大输出转矩和转速的变化范围的要求，采用变频器供电的情况下，各转速的径向力波的谐波频率分布较为密集，易与定子产生共振效应，产生剧烈的振动.3 结论电机的电磁振动和噪声是由作用于电机定子上的径向电磁力波和切向转矩波动引起的，本文从径向电磁力波入手，对永磁同步驱动电机的空载和负载稳态工况进行了分析研究.(1)对于对称分布的调速永磁同步电机可以通过二维模型代替三维模型进行仿真.(2)气隙磁密的时间分布和空间分布随转速的增加幅值减小.从其谐波分析可以得到基波时的幅值最大，分布在5000Hz内的谐波数量和幅值也呈减小趋势.(3)径向力波在频率为二倍激励电流频率时的谐波幅值最大，谐波幅值也随转速的增加而减小.参考文献:[1]J.Ellison，S.J.Yang.Calculation of Acoustic Power Radiated by Electric Machine[J].Acoustics，1971，(25):28 － 34.[2]S.J.Yang.Low Noise Electrical Motors[M].Clarendon Press，Oxford，1981.[3]代颖，崔淑梅.电动车驱动用永磁同步电机力矩特性的研究[J].高技术通讯，2005，15(12):64 －67.[4]宋志环，韩雪岩，陈丽香，唐任远.不同极槽配合永磁同步电动机振动噪声分析[J].微电机，2007，40(12):11 －14.[5]高学联.电动汽车用永磁无刷电动研究[D].山东大学，2010.[6]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社，1997.[7]陈永校.电机噪声的分析和控制[M].杭州:浙江大学出版社，1987.。
表贴式调速永磁同步电动机径向磁拉力分析
０ 引 言
电磁噪声 是调 速永磁 同步 电动机噪声 的主要来 源之一 ， 尤其是 低 速永 磁 同步 电动 机 。电磁 噪 声 的 产 生通 常 由定转 子谐 波磁场相 互作用 产生 的径 向力
波引起 ， 由于在 中小 型 分数 槽 永磁 同步 电动 机 中包
１ １永 磁同步 电动机 内的电磁场 ． Ｊ
声 ， 另文进行 分析 ， 将 不在本 文涉及 。
将式 （ ） 式 （ ） 入式 （ ） １ 、 ２代 ３ 即可得到 ：
ｂ Ｏ ） ∑ Ｆ ｏ Ｓ ＡＯ ｐ ｏ
ｔ ｏ ｅ ｉ ａ ａ ｉ ｏ ｈ ｔ ｙ ｏ ｏ ｓ ｎ ｉ ｒ ｔ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔｏ ｈｅ ｒ ｔｃ ｌ ｂ ｓ ｓ ｆ ｒ ｔ ｅ ｓ ｕｄ ｆ ｎ ｉ ｅ ａ ｄ ｖ ｂ ａ ｉ ｌｍｉ ａ ｉ ｎ． ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｐ Ｍ ； ｌ ｃｒｍａ ｎ ｔ ｏｓ ；ａ ｉｌｅｅ ｔ ｍａ ｎ ｔ ｏｃ ； ｇ ｅｉ ｆ ｌ ｅ ａａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ＭＳ ｅ ｅ ｔ ｏ ｇ ｅｉ ｎ ｉｅ ｒ ｄａ ｌｃｒ ｃ ｏ ｇ ｅｉ ｆｒ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｅｄ ｓ ｐ ｒ ｔ ｃ ｃｉ ｏ
体磁势 可表示如下 ：
含 丰富 的低 次谐 波 ， 因此 在 设计 分 析 过程 中需对 此 重点关 注 。
目前对 于 电机 噪声 的分析 主要集 中于 比较成 熟 的感应 电机 和 电励 磁 同 步 电机 ＿ 有 部 分 相关 文 ｌ ， 。
／ ， ：∑Ｆｃｓ ｐ — ｔｔ （ ） （ Ｏ Ｖ ｏｖ ｏ）
同步 角频率 。当忽 略饱 和 时 ， 磁体 磁 场 即空载 磁 永
场可表 示为 ： ６（ ， ＝厂 ０ｔＡ（ ） ０ ｔ ＿ ，） ０ ） （ （） ３
永磁直线同步电动机气隙磁场及磁阻力分析
∮
1
L
B ( x ) d x. ∫
-∞
∞
1y
( 6)
将式 ( 2 ) ～ ( 5 ) 代入式 ( 6 ) 可得 λ0 F1 2 B 0 ( x) = sin b ( L - 2 x0 ) L 2 τ δ 式中 , b = π / ; a = 1 / 119 e ; β = a rc tan ( b / a ) . 仅考虑动子磁势基波分量时 , 气隙磁密应为式 ( 1 ) 中的 B y 与式 ( 7 ) 中的 B 0 之和 . 图 3 为对应的 解析计算结果 , B y = f ( x ) . 由式 ( 7 ) 可见 : ①定子 铁心长度 L 越大时 , 气隙中磁密直流分量越小 ; ② 当 极数 p为偶数时 , 气隙中磁密直流分量最小 , 当 p 为 奇数时直流分量最大 . 213 定子轭部和动子背铁内的磁通
Ana lyses of the a ir 2gap magnetic f ield and deten t force of permanen t magnet lin ear synchronous m otor
WANG Shu 2hong, X I ONG Guang2yu
( College of E lectrica l and Pow er Engineering, Ta iyuan U n iversity of Technology, Ta iyuan 030024, China)
图 1 垂直运动永磁直线电机结构
Fig11 Construction of the permanent magnet
其中的 一 段 . 图 中 动 子 的 长 度 应 等 于 2 段 定 子 之 间 的 距 [ 1, 2 ] linear synchronous motor for vertical movement 离 , 即 L = L1 + L2 , 这样可保证所产生的提升力连续且均 匀 , 电机运行稳定 . 文献 [ 1, 2 ] 对于相邻定子之间的衔接 、定子绕组间隔距离的偏差对电磁推力造成 的影响已有详细的分析 . 这种布置方式可使 : ①电机定子制造 、安装 、维修方便 , 减小成本 ; ②定子分 段 , 每两段 1, 2; 2, 3; 3, 4; …… 轮流通电 , 以减少损耗 , 节省电能 , 提高效率 .
动磁式永磁直线同步电动机电磁力分析
式 。利用有限元分析方法分析 了电动机相关结构 参数对 电动机 推力 和齿槽 力的 影响 ， 得到 了齿槽 力波动周 期的计
算 方 法 ， 及 相 关结 构 参 数 对 电动 机 推 力 、 力 波 动 的 影 响 曲线 和 小 间 结 构 参 数 时 的 齿 槽 力 波 形 ， 验 论 证 了 分 析 以 推 实 结 果 的正 确 性 。 关键词 ： 动磁 式 ； 磁 直 线 同步 电 动 机 ； 永 齿槽 力 ； 限 元 分 析 有 中 图分 类 号 ： Ｍ３ １Ｔ ５ ． Ｔ ４ ； Ｍ３ ９ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０４ ７ １ （０ ０ ０ — ０ １ ０ １０ — ０ ８ ２ １ ） １ ０ ０ — ３
ｍｏ ｉ ｖｎｇ ＰＭＬＳＭ ｕ ｔｂ ｅ ｆｒｔ ｅ ｕｌ ａ—ｐ ｗｅ ｃ ａ ｉｎ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ Ｔｈｅ ｉ ａ ｔｏ ｔ ｒｔ ｕ ｔａ ｄ ｃ ｇ ｉ ｇ ｆｒ ｅ ｉ ｐ ｓ ｄ ｓ ｉａ ｌ ｏ ｈ ｔ ｒ ｏ ｒｏ ｃ ｓｏ ｓ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ． ｍｐ ｃ ｆｍｏ ｏ ｈｒ ｓ ｎ ｏ ｇ ｎ ｏ ｃ ｍ ｏ ｅ
搬 持电棚 ２０ 第 期 ０ 年 １ １
… ：
动 磁 式 永磁 直 线 同步 电动 机 电磁 力 分 析
郝 双 晖 ， 吉柱 ， 瑞 政 ， 刘 龙 郑伟 峰 ， 明晖 郝
（ 尔 滨 工 业 大学 ， 龙 江 哈 尔 滨 １００ ） 哈 黑 ５ ０ １ 摘 要 ： 合 永 磁 直线 同步 电 动机 的特 点 ， 绍 了在 超 大 功 率 场 合 的 动 磁 式 水 磁 直 线 同 步 电 动 机 的 应 用 结 构 形 结 介
Ｈ ｈ ａ ｇ— ｕ ， １ ｉ ｚ ｕ， Ｏ ｉ ｚ ｅｇ， ＨＥ ｉ ｎ Ｈ ｎ — ｕ ＡＯ Ｓ ｕ ｎ ｈ ｉＬ Ｕ Ｊ — ｈ Ｌ ＮＧ Ｒｕ － ｈ ｎ Ｚ ＮＧ Ｗｅ＿ ｇ， ＡＯ Ｍｉｇ ｈ ｉ
外转子永磁同步电机径向电磁力分析与抑制
外转子永磁同步电机径向电磁力分析与抑制
边旭;纪毅;梁艳萍
【期刊名称】《电机与控制学报》
【年(卷),期】2022(26)10
【摘要】针对外转子永磁同步电机运行过程中存在径向电磁力谐波的问题,提出一种新型的抑制方法。
样机采用一台额定功率为3 kW的外转子永磁同步电机,首先,对电机径向电磁力的来源、阶数进行理论分析并推导样机所对应的主要电磁力波阶数;其次,以抑制电机径向电磁力为目的,提出一种新型的齿顶偏心方法;然后,采用二维瞬态时步有限元法仿真分析采用与不采用齿顶偏心结构时电机的气隙磁密以及径向电磁力及其谐波含量,与之前理论分析所得的主要电磁力波阶数以及谐波含量的变化情况进行对比;最后,建立样机实验平台并通过样机实验对仿真结果进行验证。
结果表明,外转子永磁同步电机径向电磁力是由永磁体磁场与电枢绕组磁场共同作用所产生的,采用齿顶偏心结构能够有效降低电机气隙磁密以及径向电磁力的各次谐波。
【总页数】7页(P74-80)
【作者】边旭;纪毅;梁艳萍
【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
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பைடு நூலகம்
动机 的径 向电磁力 ， 同时分 析了不同极弧 系数 和磁 钢偏心距 对磁场 正弦 畸变 率 的影 响。分析 和计 算结果 表 明： 相
比分 数槽 电机 ， 采 用 整 数 槽 可 以 有 效 减 小 电机 的 径 向电 磁 力 ， 为 降 低 永 磁 同步 电动 机 振 动 与 噪 声 提 供 了 理 论 依 据 。 关键词 ： 永 磁 同步 电动 机 ； 径 向力 波 ； 振动 ； 噪声
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设计分斩 ２
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械 持电棚 ２ ０ １ ３ 年 第 ４ １ 卷 第 ５ 期
永磁 同步 电动 机径 向 电磁 力 的分 析
Ｌ Ｉ Ｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ － ｈ ｕ ｉ ， ＨＵ Ａ ＮＧ Ｋａ ｉ － ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ， Ｃ Ｈ ＥＮ Ｚｈ ｉ － ｙ ｕ， Ｌ Ｉ Ｆ ａ ｎ ｇ — ｌ ｉ ｎ ｇ
（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ０ ０ ６， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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刘景辉 ， 黄开胜 ， 陈治宇 ， 李芳玲
（ 广东工业大学 ， 广东广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ）
摘
要： 简要推导和分析了径 向电磁力的产生原理。利用有限元分析软件计算 了 ８ 极２ ４槽 、 ３ ６槽 、 ４ ８槽三 台永
磁 同步 电动 机 的空 载 磁 场 和 额 定 负 载 磁 场 的 谐 波 含 量 并 进 行 了径 向力 波 分 析 。该 方 法 可 以有 效 分 析 永 磁 同 步 电
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ３ ５ １ ； Ｔ Ｍ３ ４ １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４ － ７ ０ １ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ １ ６ — ０ ３
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏｆ Ｒａ ｄｉ ａ ｌ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｆｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｐｅ ｒ ｍａ ｎｅ ｎ ｔ Ｍａ ｇ ｎｅ ｔ Ｓ ｙ ｎｃ ｈｒ ｏ ｎｏ ｕ ｓ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ