永磁磁路设计
磁路设计的基本概念
磁路设计的基本概念第一章磁路电机是一种机电能量转换装置，变压器是一种电能传递装置,它们的工作原理都以电磁感应原理为基础，且以电场或磁场作为其耦合场。
在通常情况下，由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多，所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。
磁场的强弱和分布，不仅关系到电机的性能，而且还将决定电机的体积和重量；所以磁场的分析扣计箅，对于认识电机是十分重要的。
由于电机的结构比校复杂，加上铁磁材料的非线性性质，很难用麦克斯韦方程直接解析求解；因此在实际工作中．常把磁场问题简化成磁路问题来处理。
从工程观点来说，准确度已经足够。
本章先说明磁路的基本定律，然后介绍常用铁磁材料及其性能，最后说明磁路的计算方法。
1-1 磁路的基本定律一、磁路的概念磁通所通过的路径称为磁路。
图1—1表示两种常见的磁路，其中图a为变压器的磁路，图b为两极直流电机的磁路。
在电机和变压器里，常把线圈套装在铁心上。
当线圈内通有电流时、在线圈周围的空间(包括铁心内、外)就会形成磁场。
由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过，并在能量传递或转换过程中起耦合场的作用，这部分磁通称为主磁通。
围绕裁流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。
主磁通和漏磁通所通过的路径分别构成主磁路和漏磁路，图1—l中示意地表出了这两种磁路。
用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈(或称励磁绕组)，励磁线圈中的电流称为励磁电流(或激磁电流)。
若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间而变化，这种磁路称为直流磁路；直流电机的磁路就属于这一类。
若励磁电流为交流(为把交、直流激励区分开，本书中对文流情况以后称为激磁电流)，磁路中的磁通随时间交变变化，这种磁路称为交流磁路；交流铁心线圈、变压器和感应电机的磁路都属于这一类。
二、磁路的基本定律进行磁路分析和计算时，往往要用到以下几条定律。
安培环路定律沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值∑i，(代数和)．这就是安培环路定律(图l—2)。
新型永磁电机转子磁路结构设计与分析
新型永磁电机转子磁路结构设计与分析【摘要】近年来，我国的工业化建设发展迅速，本文针对新型的永磁电机转子的磁路结构进行分析，分析了内置式转子磁路结构、表贴式转子磁路结构的优缺点，并分析该结构下平行充磁的径向充磁效果，希望能够为优化磁路设计，让电机的转子磁路接近于表贴式的磁钢结构效能，保证电机的控制效果更加简单可行奠定基础。
现针对本次设计的磁钢结构、充磁方式、电机反电势波形等内容进行以下分析研究。
【关键词】：永磁电机；转子；磁路结构；设计分析永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。
对比传统的电励磁同步电机，永磁同步电机的整体使用效益高且结构简单，体积小，重量较轻，从整体的控制效果和控制表现来看，永磁同步电机的转矩特性和直流电机较为类似，因此具有调速范围宽、控制结构较为简单且操作十分快速迅捷等特点。
该技术在航空航天以及伺服传动、新能源驱动方面运用较为广泛，也在很多相关领域运营显著。
结合永磁同步电机的磁钢安装表现来看，可见现有的永磁同步电机分为表贴式和内置式两种模式，其中内置式特点在于将磁感镶嵌在铁芯的内部，可以保证转子的结构稳定，保护磁钢，减少其受到高转速的冲击和影响；但是内置式控制系统的结构十分复杂，内部的交直轴磁路之间也存在交叉影响，导致了操作系统的直交轴的电感不相等。
此外，表贴式的永磁电机的磁钢是贴在转子的表面，其固定方式较为简单，但是可靠性不高，在实际的操作中容易受到振动影响，虽然可以采用绑扎等方式固定转子，但是整体也会增加气隙效果，直接影响电机的运行功能。
现针对两种模型的特点进行分析，总结其优缺点，并创新设计兼容性的新型永磁同步电机转子磁路，兼顾内置式和表贴式的结构特点，后经过有限元分析和样机测试后，验证了该方法的可行性。
1.简述数学模型本次设计的模型选用永磁同步电机转子磁路，有表贴式磁路结构和内置式磁路结构两种。
首先，表贴式的磁路结构需要将磁钢固定在转子的表面，由于磁钢的导磁率和空气的导磁率接近，因此磁路结构属于隐蔽式结构，且电机的交直轴的电感接近；其次，内置式转子结构的磁钢的导磁率和硅钢片的磁导率之间有一定的差异，磁路结构属于凸极结构形式，且电机的直轴电感也比交轴电感小一些。
永磁电机的磁路分析与设计精品共68页
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
பைடு நூலகம்
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
永磁电机的磁路分析与设计精品
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
新型永磁电机转子磁路结构设计与分析
新型永磁电机转子磁路结构设计与分析方案计算中采用了二维平面电磁场时步有限元结合场路耦合的方法，采用该计算方法的优点是能够考虑机械运动、导体区域感应涡流产生的集肤效应以及绕组邻近效应的影响，通过合理的简化模型，可以获得较高的计算精度和合理的计算时间[7]。
永磁同步电机电磁场时变问题中的Maxwell方程组表达式为：（2）当考虑到电机铁芯的饱和因素，则非线性时变运动电磁场问题的偏微分方程表达式[8]为：（3）式中：A—矢量磁位；Js—外部强加的源电流密度；v—媒质的磁阻率；V—媒质相对坐标系的运动速度；—媒质的电导率。
3 电磁场仿真计算与分析根据上述分析，针对以上转子磁路结构类型，本文建立了3种磁路结构的模型，分别是表贴式、内置式和本文提出的新磁路结构。
该永磁同步电动机的定子槽数（36槽）及结构尺寸相同。
转子采用不同的磁路结构，即表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构和本文提出的新型磁路结构。
转子极数为8极。
图3、图4和图5分别为表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构（转子磁路為一字型结构）、以及本文提出的新型转子磁路结构。
建立有限元仿真模型后，将分别计算3种磁路结构的空载反电动势波形，电机运行转速为1 000rpm，磁钢温度20℃。
图6、图7和图8分别是表贴式转子磁路结构的空载反电动势波形、内置式转子磁路结构的空载反电动势波形和本文提出的新型转子结构的空载反电动势波形。
通过对比图6、图7和图8的有限元仿真计算结果可知，当采用本文提出的新型转子磁路结构时，电机空载反电动势波形具有更高的正弦度，谐波含量最低，其谐波畸变率约为0.3%，远小于表贴式结构的2.6%和内置式转子结构的1.1%。
在空载工况下，对3种磁路结构电机的交直轴电感进行有限元仿真分析，得到电机交、直軸电感随时间的变化波形。
计算结果如图9、图10、图11所示。
图9为表贴式转子结构的交直轴电感仿真结果。
由于表贴式电机的交直轴磁导近似相等，因此仿真曲线中交直轴电感相近，即电机的凸极率近似为1。
低速永磁同步电机的磁路设计与分析
低速永磁同步电机的磁路设计与分析作为一种先进的电机类型，永磁同步电机被广泛应用于各种场合。
低速永磁同步电机更是具有独特的优势，因为其正反转时的转矩性能和效率都非常出色。
本篇文章将探讨低速永磁同步电机的磁路设计和分析。
1. 磁路设计1.1 飞达公式低速永磁同步电机的磁路设计是一项复杂的工作，需要考虑多种因素。
根据理论计算，可以采用飞达公式来进行初步的磁路设计。
这个公式是电机工程师们应用最广泛的工具之一，可以用来计算磁路中磁通密度和磁势的分布。
1.2 磁路参数计算在了解了飞达公式之后，接下来就需要对磁路参数进行计算，包括电机的磁极数、磁极距、铁芯长度等等。
这些参数将对最终的电机性能产生重要的影响，因此需要根据实际情况进行适当调整。
1.3 磁路优化通过上述步骤得到的初步设计方案，仍然可能存在一些问题。
例如，磁路中可能存在较大的磁阻损耗，或者铁芯过于粗大而造成了不必要的材料成本。
这时，需要对磁路进行优化，以得到最佳的设计方案。
2. 磁路分析2.1 有限元分析磁路的分析有多种方法，其中最为常用的是有限元分析。
这种方法可以模拟电机中的各种磁场分布情况，并通过计算得到磁通密度、磁阻、漏磁等参数。
通过分析这些参数，可以直观地了解电机的性能和设计是否存在问题。
2.2 动态仿真除了有限元分析外，还可以采用动态仿真的方法进行磁路分析。
这种方法可以考虑到电机在运行时的各种因素，例如转子的旋转、运行条件的变化等等。
通过动态仿真，可以更为准确地预测电机的性能和特性。
2.3 多物理场耦合仿真电机中包含了多种物理场，例如电磁场、机械场等等。
为了更加真实地模拟电机的工作情况，可以采用多物理场耦合仿真的方法。
这种方法可以将多个场耦合在一起进行计算，从而得到更为准确的分析结果。
3. 结论低速永磁同步电机的磁路设计和分析是一项极为重要的工作，需要考虑多个因素。
良好的磁路设计可提高电机的效率和性能，而正确的磁路分析可以更好地指导电机生产和使用过程中的各种问题。
永磁电机磁路结构和设计计算
1.1 磁路结构和设计计算永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。
永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。
永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大。
而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。
此外，永磁发电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又比较容易饱和，磁导是非线性的。
这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性，使计算结果的准确度低于电励磁发电机。
因此，必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统；必须应用现代设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。
1.2 控制问题永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。
这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。
但是，随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。
设计时需要钕铁硼材料，电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁发电机在崭新的工况下运行。
1.3 不可逆退磁问题如果设计和使用不当，永磁发电机在温度过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。
因而，既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电机不会失磁。
1.4成本问题由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。
在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求，进行性能、价格的比较，并进行结构的创新和设计的优化，以降低制造成本。
浅析永磁同步电机磁路法设计方法分
浅析永磁同步电机磁路法设计方法分通过永磁电机的磁路计算，利用有关公式对初始设计方案进行性能校核，判断所得的计算结果与电机性能要求之间的误差是否在允许的范围内。
磁路设计的过程1、电机设计时通常给定下列数据(性能要求)：1)额定功率2)额定电压3)相数及相间的连接方式；4)额定频率；5)额定转速或同步转速；6)额定功率因数等。
2、电机设计流程1)准备阶段：收集资料，即相关的国家标准、相近的电机技术资料包括试验数据。
在分析资料的基础上编制技术任务书。
2)电磁设计：根据技术任务书的规定，进行电磁计算，确定所设计的电机的冲片尺寸、铁心长度及电磁性能。
3)结构设计：确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格等。
•磁路设计是根据对磁场的要求，合理地选择磁路的参数和材料，设计出工艺上可行、特性满足要求、经济性好、能充分发挥材料性能的磁路。
•对于给定的磁路，可以唯一地得到其磁路特性。
•若给定磁路特性的要求，则可能有多个磁路满足要求，而设计的目的就是找到一个满足要求的磁路初步确定磁路结构转子磁路结构不同，则电机的运行性能、控制系统、制造工艺和适用场合也不同。
根据永磁体在转子上的位置不同，永磁同步电机的转子磁路结构通常分为两种：表贴式和内置式。
1)表贴凸出式转子磁路结构其结构简单，制造成本较低，转动惯量较小，多用于矩形波永磁同步电动机和恒功率运行范围不宽的永磁同步电动机。
2)表贴插入式转子磁路结构这种结构可充分利用转子结构磁路的不对称性所产生的磁阻转矩，提高电机的功率密度。
制造工艺也较简单。
通常用于某些调速永磁同步电动机中。
另外还有内置式和内置混合式：确定各部分磁路的尺寸和材料永磁体及其性能多种多样，如何选择合适的永磁材料直接关系到电机的性能和经济性。
永磁体的选择应满足以下要求：永磁体应能在指定的工作空间内产生所需要的磁场；永磁体所建立的磁场应具有一定的稳定性，磁性能随工作温度和环境的变化应在允许范围内；具有良好的耐腐性性能；具有较好的力学特性，韧性好、抗压强度高、可加工等；价格合理，经济性好永磁体材料的选择。
高速永磁电机设计与分析技术综述
高速永磁电机设计与分析技术综述一、概述高速永磁电机，作为现代电机技术的杰出代表，正以其高效率、高功率密度以及优秀的控制性能，在多个领域展现出广阔的应用前景。
随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，对高速永磁电机设计与分析技术的研究显得尤为重要。
本文旨在对高速永磁电机的设计与分析技术进行综述，以期为相关领域的研究者提供全面的技术参考和启发。
高速永磁电机的设计涉及电磁设计、结构设计、热设计、强度设计等多个方面，其关键在于如何在高速运转的条件下保证电机的性能稳定、安全可靠。
电磁设计方面，需要优化绕组布局、磁路设计以及永磁体的选择，以提高电机的效率和功率因数。
结构设计则着重于提高电机的刚性和强度，防止在高速运转时产生过大的振动和噪声。
热设计则关注电机内部的热传递和散热问题，防止电机因过热而损坏。
强度设计则要求电机在承受高速运转产生的离心力时，能够保持结构的完整性。
高速永磁电机的分析技术则涵盖了电磁场分析、热分析、结构分析等多个方面。
电磁场分析可以预测电机的电磁性能，为优化设计提供依据。
热分析则用于评估电机在不同工况下的热状态，为散热设计提供参考。
结构分析则关注电机在高速运转时的动态特性，为强度设计提供支撑。
随着计算机技术和数值分析方法的快速发展，高速永磁电机的设计与分析技术也在不断进步。
通过采用先进的电磁仿真软件、热仿真软件以及结构仿真软件，可以更加精确地预测电机的性能，为设计优化提供有力支持。
1. 高速永磁电机的定义与重要性高速永磁电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Motor, HSPMSM）是一种特殊类型的电机，其核心特点在于使用永磁体来产生磁场，以及能够在高转速下稳定运行。
与传统的电励磁电机相比，HSPMSM具有更高的功率密度、更高的效率以及更低的维护成本，因此在许多现代工业应用领域中具有显著的优势。
HSPMSM的重要性体现在以下几个方面：随着全球能源危机的日益加剧和环境保护需求的不断提升，节能减排、提高能源利用效率已成为工业生产中的重要目标。
无刷直流永磁电动机的原理和设计
无刷直流永磁电动机的原理和设计无刷直流永磁电动机是一种将电能转化为机械能的装置，它采用了无刷技术和永磁材料，具有高效率、高功率密度和可靠性高等优点。
本文将详细介绍无刷直流永磁电动机的工作原理和设计要点。
无刷直流永磁电动机的工作原理主要包括电磁场产生、电流调节和转矩产生三个方面。
首先，通过电流调节器向无刷直流永磁电动机的定子绕组输入电流，产生定子磁场。
接着，通过永磁体在转子上产生磁场，与定子磁场相互作用，产生转子磁场。
最后，通过转子磁场和定子绕组之间的相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。
设计无刷直流永磁电动机时，需要考虑多个因素。
首先是功率需求，根据所需的功率大小选择合适的电机型号和规格。
其次是电压和电流需求，根据电源的电压和电流限制选择合适的电机参数。
还需要考虑转速范围和转矩要求，根据具体应用场景确定电机的转速和转矩特性。
此外，还需要考虑电机的体积、重量和成本等因素。
在无刷直流永磁电动机的设计中，关键的技术是永磁材料的选择和磁路设计。
永磁材料的选择要考虑其磁能积、矫顽力、矫顽力系数等参数，以及温度稳定性和成本等因素。
磁路设计要保证磁场的均匀性和稳定性，提高电机的效率和输出功率。
无刷直流永磁电动机还需要配备电流调节器和位置传感器等辅助设备。
电流调节器可以实现对电机电流的精确控制，保证电机的稳定运行。
位置传感器可以实时监测电机转子的位置和转速，提供给电流调节器进行反馈控制。
无刷直流永磁电动机具有多种应用领域。
在工业领域，它广泛应用于机床、印刷设备、纺织设备等需要精确控制的设备中。
在交通领域，它被用作电动汽车的驱动系统，具有高效率和长续航里程的优势。
在家电领域，它被应用于洗衣机、冰箱等家电产品中，提供高效、静音的驱动能力。
无刷直流永磁电动机是一种高效、高功率密度和可靠性高的电机，具有广泛的应用前景。
在设计无刷直流永磁电动机时，需要考虑功率需求、电压和电流需求、转速范围和转矩要求等因素。
通过合理选择永磁材料和进行优化的磁路设计，可以提高电机的效率和输出功率。
永磁电机的磁路分析与设计共68页文档
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、1、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
永磁磁路设计
永磁设计参考材料从研制角度而言，是希望性能尽可能地优越。
但从使用角度考虑，对已研制出的材料，如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。
具体到永磁材料，则涉及到磁体的选用和磁路的设计。
下面对永磁磁路设计做简单介绍。
·永磁磁路的基本知识磁路：最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。
磁路之所以采用路的说法，是从电路借用而来，所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的，为了更明了地说明这个问题，简单比较如下图：磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路，其形式同于电路。
静态磁路基本方程：静态磁路有两个基本方程：其中k f为漏磁系数，k r为磁阻系数，Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度；Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。
由以上两式可得：上式中Vm=Am.Lm表示永磁体体积，Vg=Ag.Lg表示气隙的体积，(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。
·磁路设计的一般步骤：·根据设计要求（Bg Ag、Lg的值由要求提出），选择磁路结构的磁体工作点。
在选择磁路结构时，需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸，设法使磁体的位置尽量靠近气隙，磁轭的尺寸要够大，以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和，即φ=B轭A轭，式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。
如果B轭等于饱和磁通密度的话，则磁轭本身的磁阻增加很多，磁位降加大，或者说磁动势损失太大。
·估计一个Kf和Kr，利用初步算出磁体尺寸Am 、 Lm；·据磁体尺寸、磁轭尺寸，算出整个磁路的总磁导P（其中关键是漏磁系数Kf的计算），再将原工作点代入下式：Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)]·据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R，看Bg是否与要求相符，否则再从头起设计。
在已知气隙要求(Bg、Ag、Lg)和磁体工作点的情况下，欲求磁体的尺寸（Lm、Am），则需要知道漏磁系数Kf和磁阻系数Kr。
永磁电机磁路设计与分析
永磁电机磁路设计与分析近年来，无论是学术界或产业界，都积极致力与发展永磁电机，并已成功地应用于各种科技产品上，例如航空、机械、机器人及精密纺织等等。
永磁电机使用高性能的永久磁石，例如钐钴、钕铁硼等稀土类磁石为激磁场，从而免去了如线绕式激磁场的铜耗，同时可省去使用碳刷、滑环等附件，缩小了体积，以达到高效率、高功率因数及小型化的需求，永磁电机已经逐步取代传统绕线式激磁磁场电机，并且有抢占部分异步电机市场特别是变频调速电机市场的趋势。
永磁电机依其产生的反电势波形可区分为两大类，方波式及弦波式。
而从转子结构上看，大致可分为三种，表面附著型、半嵌型、埋入型，在这三种型式中，表面附著型不但可以用于方波式，也可用于弦波式。
这里我们简要分析一下永磁电机磁路的设计理念。
并说明如何结合有限元素法作电磁场分析。
任何一种永磁电机的设计，都不是一件简单的工作，他必须具备电磁、机械、热传、电子、声学及材料等方面的知识。
传统上，设计者先依据经验作初步的设计，再经过一连串的修正及重复的设计，直到符合规格为止，本文仅以磁路的观点，提出设计的原则。
一般设计步骤大致包括以下几个项目；1.尺寸规格的设定电机设计者在设计电机之前，必须了解电机的使用场合，负载特性以及尺寸规格，一般永磁电机的主要尺寸是指电机定子内径、定子铁心的长度和永磁体的体积，电机的主要尺寸决定了电机的大小，电机的质量及材料费用，负载特性包括额定输出功率、外施电压及额定转速等等参数。
2.电机转子型态分为内转式、外转式以及径向或轴向气隙构造，内转子旋转产生的惯量较小，通常使用在侍服控制，反之外转式旋转惯量较大适合直接驱动的场合，另外电机依转子结构可以分为表面附著型、内藏型以及嵌入型，然而经常使用的有附著型和内藏型，其中内藏型永磁电机是将永磁体埋入转子内，因此结构坚固，可承受高转速所产生的离心力，所以经常被应用在高速的场合，另外表面型永磁电机应用于低速到中速的范围之间具有固定的转速特性，并且也可以维持高效率的性能。
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
「技术」永磁电机磁路结构和设计计算，含永磁电机优点和结构特性
「技术」永磁电机磁路结构和设计计算，含永磁电机优点和结构特性1、永磁电机1.1 磁路结构和设计计算永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。
永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。
永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大。
而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。
此外，永磁发电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又比较容易饱和，磁导是非线性的。
这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性，使计算结果的准确度低于电励磁发电机。
因此，必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统；必须应用现代设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。
1.2 控制问题永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。
这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。
但是，随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。
设计时需要钕铁硼材料，电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁发电机在崭新的工况下运行。
1.3 不可逆退磁问题如果设计和使用不当，永磁发电机在温度过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。
因而，既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电机不会失磁。
1.4 成本问题由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。
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。
浅谈永磁电机的设计要点
浅谈永磁电机的设计要点永磁电机是一种主要利用永磁体产生的强磁场来实现能量转换的电机。
它具有结构简单、效率高、体积小、重量轻、响应速度快等特点，在工业生产、航空航天、军事等领域广泛应用。
永磁电机的设计要点主要包括磁路设计、电路设计和控制设计。
一、磁路设计1. 磁路形状永磁电机的磁路形状应该具有高的磁场密度和优异的永磁材料利用率。
常见的磁路形状有面贴式、内转子、外转子等。
其中，面贴式永磁电机结构简单，易于制造，广泛应用。
2. 永磁材料永磁电机主要利用永磁体产生磁场，因此永磁材料的选择对电机性能影响很大。
目前常用的永磁材料有NdFeB、SmCo、AlNiCo等。
其中，NdFeB 属于高性能永磁材料，磁能积高，可提供高磁场密度。
因此，在设计永磁电机时，应优先选用 NdFeB 磁片。
3. 磁路铁心磁路铁心是永磁电机磁路的主要构成部分，它的设计应该考虑磁场分布、磁路长度、永磁材料的利用率等。
常见的磁路铁心形状有圆柱形、长方体形、三角形等。
1. 相数和极数永磁电机的相数和极数对电机性能有较大影响。
一般来说，相数较少的永磁电机运行平稳，但输出功率小；相数较多的永磁电机输出功率大，但运行不稳定。
极数对电机的最大转矩和启动转矩有影响。
当极数多时，电机的最大转矩和启动转矩也比较大。
2. 激励电流和控制方法永磁电机在工作时，需要一定的激励电流来维持永磁体产生的磁场。
激励电流的大小与永磁体的磁场强度、温度等因素有关。
通常可采用 PI 控制、FOC（场向控制）等方法来控制永磁电机的电流。
三、控制设计永磁电机的控制设计主要包括传感器选择、控制算法设计等部分。
其中，传感器选择对控制精度和响应速度有较大影响，电机速度和位置的测量可采用霍尔传感器、编码器等。
控制算法的设计有直接转矩控制、间接转矩控制等方法，可以通过调节电流和电压来实现电机的启动、控制和停止。
以上就是永磁电机的设计要点，通过优化磁路、电路和控制设计，可以实现永磁电机的高效运行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
永磁设计参考
材料从研制角度而言，是希望性能尽可能地优越。
但从使用角度考虑，对已研制出的材料，如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。
具体到永磁材料，则涉及到磁体的选用和磁路的设计。
下面对永磁磁路设计做简单介绍。
·永磁磁路的基本知识
磁路：
最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。
磁路之所以采用路的说法，是从电路借用而来，所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的，为了更明了地说明这个问题，简单比较如下图：
磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路，其形式同于电路。
静态磁路基本方程：
静态磁路有两个基本方程：
其中k f为漏磁系数，k r为磁阻系数，Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度；Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。
由以上两式可得：
上式中Vm=Am.Lm表示永磁体体积，Vg=Ag.Lg表示气隙的体
积，(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。
·磁路设计的一般步骤：
·根据设计要求（Bg Ag、Lg的值由要求提出），选择磁路结构的磁体工作点。
在选择磁路结构时，需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸，设法使磁体的位置尽量靠近气隙，磁轭的尺寸要够大，以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和，即φ=B轭A轭，式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。
如果B轭等于饱和磁通密度的话，则磁轭本身的磁阻增加很多，磁位降加大，或者说磁动势损失太大。
·估计一个Kf和Kr，利用初步算出磁体尺寸Am 、Lm；
·据磁体尺寸、磁轭尺寸，算出整个磁路的总磁导P（其中关键是漏磁系数Kf的计算），再将原工作点代入下式：
Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)]
·据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R，看Bg是否与要求相符，否则再从头起设计。
在已知气隙要求(Bg、Ag、Lg)和磁体工作点的情况下，欲求磁体的尺寸（Lm、Am），则需要知道漏磁系数Kf和磁阻系数Kr。
Kr的值
变化较小，一般在1.05至1.45之间。
Kf的值在不同磁路结构(不同的尺寸、磁势分布)中，差别很大。
计算Kf的方法，带有很大的经验性质，原因是磁路中的磁通(磁流)、磁动势、磁阻都是非集中参量，很难准确计算，理论计算与实际结果误差往往在10%以上。
虽然如此，作为一种方法，下面还是要对Kf的理论计算作一个简单介绍。
·漏磁系数Kf的计算：
从磁路设计和方法可见，磁路设计之关键是漏磁系数Kf的计算。
对于Kf的计算，一般有磁导法和经验公式法：
1.用磁导法计算漏磁系数，先把磁路等效成电路，计算磁路各部分的磁导，再根据基尔霍夫方程组，求Kf :
其中，Pb为气隙上下边缘的磁导，Pi为磁体外侧面的磁导。
对于各部分的磁导Pi的求法有二：
·
·
（该方法使用更广泛）
2.据上面理论，经推导可有以下关于常见磁路磁导的计算公式：
·磁体工作点的确定:
磁路设计，首先要据磁路选取合适的磁体，并确定其工作点Bm、Hm。
为满足磁通稳定性的要求，磁体工作点应选在磁体最大磁能积点的上方。
由于磁体工作点与磁性能和磁体尺寸有关，故选定所使用的磁体后，便是要选择合适的磁体尺寸，以得到合理的工作点。
为判断所选取的工作点是否合理，我们简单谈一下如何确定磁体的工作点：
1. 孤点磁体单位磁导（退磁系数PC）的确定:
由电磁场理论可有：孤立磁体总磁导
则单位磁导，下面分情况说明：
轴向磁化圆棒：
沿辐向磁化圆棒：
块状磁体：
实际测定值与理论值有些差异，但完全可以定性地说明问题。
2. 磁体工作点的确定:
磁体退磁曲线如右:
过O点作负载线，其斜率即为导磁系数Pc，该负载线与Br－Hcb连线相交于一点，该点对应的Bm、Hm即为磁体工作点。
据此我们既可对所选磁体的工作点进行计算，从而进行下一步的磁路设计，也可在选用磁体时采用合适的磁体尺寸，使磁体工作点满足磁路设计之要求。
磁铁间吸引或排斥力的计算：
对于如下图中所示的磁铁与铁磁性材料之间的吸引力F的算法：
设气隙磁密Bg，磁场强度Hg，气隙面积Ag，气隙长Lg，则吸引力F为：
即磁体与衔铁间的磁力与气隙磁密，磁场强度及气隙面积成正比。
而对于图中两块磁体相对的情况（包括相斥和相吸），可由上述结论引申得到以下结论：
两磁铁之间的吸引力或排斥力为：2F 。
·动态磁路的设计：
气隙磁场发生变化的磁路称为动态磁路。
其气隙磁场发生变化可由尺寸变化，也可由外场影响。
处于动态工作的磁体一般有两种情况：牵引磁体和磁力吸盘。
牵引磁体要求在一定的距离下有多大的牵引力，磁力吸盘则要求距离为零时有多大的吸引力。
在动态磁路中，磁体工作点在变化，即如图所示：
对于动态磁路，有：
即当气隙条件（Ag、Lg）和磁体性能（B1、H1、цrec、Am、Lm）确定后，气隙磁密即确定。
则动态磁路中牵引力公式为：
其中：
可见随着常数a、b不同，吸引力F与Lg曲线形状不同，但总随Lg2衰减。
棒形磁体牵引力小，但衰减慢；曰字型磁体变化快，Lg小，作用力F可以很大。
·磁路设计之有限元法：
永磁磁路设计是通过对磁通的流向予以明确化，并在分清其主导和次要因素后，予以适当的简化，从而抓住问题的主要矛盾来解决。
其整套思路是在对电机设计过程中逐步发展起来的。
特点是以集中参量描述磁场的分布。
这一套方法对电机的设计是很效的，但在其它许多场合下，之其是磁场的分布有场形分布时，磁路算法已不在适用，而要用到数值分析方法，如有限差分法、有限元法、积分方程法等，其中发展较成熟的是有限元法。
有限元法是基于建立起来的数字模型，用现代数学方法求出有关微分方程定解问题的解，并对计算结果进行加工和解释。
有限元法对磁体的磁场进行求解的步骤一般为：
·场域剖分；
·单元分析；
·总体合成；
·处理边界条件；
·解方程。
更具体地说，电磁理论中将永磁体的模型建立为绕在磁导率为μ的铁
芯上的同形状的无限薄电流线圈。
对于磁体所产生的磁场，可用麦克斯韦电磁场理论建立方程。
如对电机中经常使用的垂直于电机轴的平行平面场，该场域上的电磁场可建立方程：对场域
第一类边界：A=A0 （规定了物理量在边界上的值称为第一类边界条件）；
第二类边界：（规定了物理量法向微商在边界上的值称为第二类边界条件）；（其中A为磁矢量，J2为源电流密度）。
且此
时有：；；；（n 为法线方向，t为切线方向）。
上述方程可等价为下面的变分问题：
第一类边界：A=A0式中，
对诸如上述的电磁场方程很难精确求解，如何寻找一些既实用又能达到求解要求的方法是很重要现代数学问题，而有限元法是其中之一。
有限元法是将求解区域剖分为多个小单元，这种小单元称为网格。
网格的选取及疏密取决于具体场域及对精度的要求。
对每个网格构造插值函数（一般用线性插值或抛物线插值）A=NiAi+NjAj+---+NnAn ,将其及对x、y的一阶偏导数代入能量方程中，将变分问题转化成能量函数W以求极值，得到节点函数的代数方程组。
对于该代数问题，
要用牛顿-拉斐森迭代法求解。
经过适当次迭代后，右端项接近于零，从而使解趋于收敛，解得值后，通过处理即求得场量。
所以有限元法的核心是网格剖分与边界条件的确定，之后是选用现代数学进行运算求解，最后对求解结果进行分析。
在对许多具体情况时，可使用一些建立起来的物理模型，从而可使问题简单化。
而真正在设计中，现代多用电机CAD一类的高级辅助软件，进行分析、设计，保证设计的正确性、准确性及最优化。
·磁体表场及其计算：
磁性能的测量对磁体生产厂家和使用客户来说，都是一个很重要的问题。
磁体的精确测量，应使用测试仪；但在对大量产品的测试中，人们更多的使用的是测试磁体的表场，但表场究竟是一个什么概念？与静态测试有何联系？如何正确评价表场值？值得探讨。
对于磁体表场的理论计算，据电磁理论可有以下公式：
圆片类磁体表场计算公式：
方块类磁体表场计算公式：
其中长度为L、宽度为W、高度为T、x是测试点离磁体表面的距离。
圆环类磁体表场计算公式：
表场计算的理论公式描述了磁体表场随参量的变化规律，但与实际测量值有一定的差别，故实际我们在计算时可在其理论值计算的基础上加一修正系数：一般我们取为0.8-0.9，或采用一些更与实际相接近的经验公式。