平板式横向磁场永磁电动机三维有限元分析

平板式横向磁场永磁电动机三维有限元分析王声钊，等

中图分类号：ＴＭ３５１文献标志码：Ａ文章编号：１００１－６８４８（２００９）０２－００２５－０３

平板式横向磁场永磁电动机三维有限元分析

王声钊，卢健康

（西北工业大学，西安７１００７２）

摘要：平板式结构是横向磁场永磁电动机中较为简单的一种结构，文中对平板式结构的定位力特性和“力一位移”特性进行了理论研究。应用Ａｎｓｏｆｔ有限元分析软件对平板式的几种典型结构进行三维建模，并求得了几种结构在一定电枢电流下电磁力随电角度变化的关系曲线。通过比较有限元计算与理论分析的结果，验证了理论分析的正确性。然后对不同结构的出力特性进行了分析比较，提出一种较优的平板式结构，为平板式横向磁场永磁电机的优化设计抛砖引玉。

关键词：平板结构；横向磁场永磁电动机；Ａｎｓｏｆｔ；电枢电流；电磁力；有限元分析

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０引言

横向磁场永磁电机由德国著名的电机专家Ｈ．Ｗｅｈ教授于１９８８年首先提出。它具有低速特性好、转矩密度高和控制灵活等特点，正得到日益广泛的重视。按照横向磁场电机的磁路特点，可以分为平板式、聚磁式、无源转子式和磁阻式等４种结构。前两种属于有源型（磁势源），即转子本身具有磁性。在有源型结构中，聚磁式结构气隙磁密较高，是目前横向磁场电机的主流结构¨引。但与平板式结构相比其结构较复杂，对于小功率电机，此种结构成本较高。因此，有必要研制更好的平板式结构小功率横向磁场电机。这对于满足电动汽车对小功率低速大转矩电机日益迫切的需求而言，尤其具有很大的实际意义。到目前为

收稿日期：２００８－０１－２８止，已有不少文献对聚磁式结构及其改进结构形式的横向磁场电机进行了分析论述，但很少有关于平板式结构的论述【３。４Ｊ。本文应用三维有限元法对平板式的几种典型结构进行建模和计算，简要分析了其出力特性，以求为平板式结构的改进抛砖引玉。

１平板式横向磁场电机结构型式平板式横向磁场永磁电机的转子永磁体是平铺于转子表面的，因此称之为平板式结构。

由于横向磁场电机各相之间相互独立，单相为圆心对称结构。为了便于分析，对单相平板式结构中的局部结构单元进行近似简化。假设电机的极数非常多，并且半径非常大，单相平板式结构的局部结构单元可近似看作电枢绕组为一组直导线、转子为沿着导线方向作直线运动的平板式动子。以下的分析均在此简化的局部单元上进行讨论。

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