电机的磁场与磁通方向

电机的磁场与磁通方向

Structure Classification of Generator

直驱风力发电机对发电机有特殊的要求，因为风力机转速低，直驱风力发电机要能在低转速下正常发电，但低转速发电机体积通常很大，缩小体积是主要的技术要求，缩小直径或缩短厚度（盘式电机）都是重要的。为了实现这些目的，直驱风力发电机采用了与常规电机不同的结构，结构不同主要表现在定子与转子的相对位置上，也就是磁场或磁路上，下面对几类电机结构作简单介绍。

按气隙磁通方向分类

径向气隙磁通

发电机依靠转子对定子的相对运动来发电，在定子与转子之间的间隙称为气隙。在传统电机结构中，定子在外围，转子在中间旋转，见图1右图，定子与转子之间的间隙为柱面，见图1左图，图中半透明的柱面即为气隙面，磁力线垂直于气隙面，与所在点直径方向平行，称为径向气隙磁通。

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图1 径向气隙磁通径向气隙磁通广泛应用在传统的发电机与电动机中。

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轴向气隙磁通

在多数盘式结构电机中，定子与转子都呈盘型结构，两者间的气隙是与电机转轴垂直的平面，见图2右图（为表示清楚，夸大了定子与转子的距离）。图2左图是该气隙平面，用半透明表示该气隙面。磁力线垂直于气隙面，与转轴方向平行，称为轴向气隙磁通。

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图2 轴向气隙磁通

轴向气隙磁通主要用在盘式电机中，以适应垂直轴风力机的要求或其他特殊应用场合。

按定子磁通方向分类

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纵向定子磁通

磁力线穿过电机定子与转子形成闭合回路，是一个环绕的磁通。传统电机的环绕磁通所在平面与转子运动方向平行，称为纵向定子磁通，简称为纵向磁通。图3是纵向定子磁通的示意图，展示了一段拉直的定子与转子中的磁通回路。

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图3 纵向定子磁通纵向定子磁通广泛应用在传统发电机与传统电动机中。

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横向定子磁通

横向磁通是一种新型的电机结构，图4左图是一段拉直的定子与转子布置示意图，定子铁芯采用U形结构，图中有两个U形定子铁芯（整个电机有若干个U形定子铁芯），铁芯中部是定子线圈导线。转子与U形定子铁芯间有气隙，图4右图把U形定子铁芯变为半透明状态，显示出U形定子铁芯内磁力线，也就是磁通回路，该回路所在平面与转子运动方向垂直，称这种结构形式为横向定子磁通，简称为横向磁通。

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图4 横向定子磁通横向定子磁通形式繁多，结构复杂，较多用于低转速电机。

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横向磁场永磁电机的发展和研究现状

横向磁场永磁电机的发展和研究现状 【摘要】横向磁场永磁电机因其高转矩密度和高效率的优点，吸引各国电机设计人员们对其结构设计、制造工艺、磁场分析及运行性能等方面展开了具体研究。在查阅现有的国内外相关文献资料的基础上，系统介绍了横向磁场永磁电机的主要拓扑结构的特点，分析了当前国内外横向磁场电机的主要研究方向，最后对其应用前景进行了展望。 【关键词】横向磁场；拓扑结构；自定位转矩；功率因数 1.引言 横向磁场永磁电机（Transverse Flux Permanent Magnet Machine，简称TFPM）是由德国著名电机专家H.Weh教授率先于1986年提出的一种新型电机结构，与传统电机相比，横向磁场电机具有以下特点[1][2]： （1）电机的每相都完全独立，因此相与相之间没有电磁耦合，可提高电机的容错能力。 （2）电机磁路呈三维分布，磁路与电路（线圈部分）处于不同平面，定子尺寸和线圈尺寸相互独立，从而使TFPM能够同时获得较大的定子齿横截面和线圈横截面，大大提高了电机的转矩密度，其输出大约是标准工业用异步电机的5~10倍。 （3）在保持转速、电机主要尺寸、气隙磁密等参数不变时，TFPM的功率与电机的极对数成正比，适用于低速、大转矩场合。 近几年来，随着电动车、电力直接推进装置和风力发电技术研究的深入，对高转矩密度、低速直接驱动电机的要求更为迫切，于是横向磁场永磁电机因其上述优点成为了新型电机的研究热点之一。许多欧美经济发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行横向磁场电机的理论和应用研究，丰富了横向磁场永磁电机的拓扑结构，促进了横向磁场电机的发展。本文较系统地介绍分析了当前横向磁场永磁电机的主要拓扑结构，阐述了当前国内外横向磁场电机的主要研究方向和方法，并对横向磁场电机存在的问题也做了简单介绍。 2.横向磁场电机的拓扑结构形式 按照永磁体的有无及安装方式来分，横向磁场电机拓扑结构可以分为四类：平板式、聚磁式、无源转子式和磁阻式[3]。 图1为德国亚琛的G.Henneberger教授设计的外转子平板式横向磁场永磁电机。这种结构中，永磁体被均匀地平铺于转子表面，相邻的永磁体被充磁成不同的极性，充磁方向一般为径向，U形定子铁心以两倍极距均匀分布在圆周上，其

(完整word版)永磁电机

1.论述永磁电机相对于传统电励磁电机的优缺点 优点： ①取消了励磁系统，降低了损耗，提高了效率； ②取消了励磁绕组和励磁电源，结构简单，运行可靠； ③稀土永磁电机结构紧凑，体积小，重量轻； ④电机的尺寸和形状灵活多变； ⑤微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低。 缺点： ①控制问题 由于永磁电机是靠永磁体建立机电能量转换所需，气隙磁场永磁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。永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数，永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。 ②不可逆退磁问题 如果设计或使用不当，永磁电机在过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械震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。 ③成本问题 铁氧体永磁电机，特别是微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低，因而得到了极为广泛的应用。由于稀土永磁目前价格还比较贵，稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高，这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。 2.画出永磁材料的特性曲线，并列出其主要参数

永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr, Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ, jHcθ)、回复导磁率(μrec.)、退磁曲线方形度( Hk/ jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。 永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。 磁能积曲线 (BH)max 退磁曲线上任何一点的B和H的乘积即Bm、 Hm和（BH）代表了磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度，即气隙单位体积的静磁能量，由于这项能量等于磁铁Bm与Hm的乘积，因此称为磁能积，磁能积随B而变化的关系曲线称为磁能曲线，其中一点对应的Bd和Hd的乘积有最大值，称为最大磁能积。 回复线

横向磁场直线开关磁阻电机及其控制系统

横向磁场直线开关磁阻电机及其控制系统 葛宝明1，赵楠1，Aníbal T. de Almeida2，Fernando J. T. E. Ferreira2 (1．北京交通大学电气工程学院，北京市海淀区100044； 2．科英布拉大学电气工程系，葡萄牙科英布拉市3030) 摘要：研究了基于横向磁场直线开关磁阻电机(TFLSRM)、全数字控制器与新型位置传感器的直线电机驱动系统，建立了TFLSRM 数学模型。新型位置传感器利用了TFLSRM次极边极形，无需在次极安装任何元件，改善了系统可靠性。为改善系统性能，在电流环进行了从牵引力到平均电流的非线性转换，在速度环采用离散时间趋近率控制。基于DSP设计了控制器，测试了新型位置传感器与所提驱动系统的动、静态性能。实验结果验证了新型位置传感器与TFLSRM驱动系统的优良性能。 关键词：数字控制、直线开关磁阻电机、位置传感器、横向磁场电机 0 引言 近年来，开关磁阻电动机（SRM）获得了的广泛关注，但无数的有关建模、分析和旋转开关磁阻电机的控制文章已经被发表。虽然有许多的文献介绍纵向磁通型线性开关磁阻电机，但是很少有文献是介绍横向磁通型线性开关磁阻电机。横向磁通开关磁阻电机线性（TFLSRM）利用了垂直于运动的方向和电流流动的方向的磁回路，其结果为磁回路从电路中分离。这种结构使得它非常适合容易制造和维护，同时离散极简化了线性电动机的设计，相比于纵向磁场直线开关磁阻电机，这种结构可以降低总成本。单位体积的高力密度和高效率是其主要优点。因此，TFLSRM作为一个有吸引力的旋转电动机代替品，正在成为直线运动的最优选择。此外，TFLSRM是相当适合高速直线运动应用，由于增强了整个系统的电磁侧力。 横向磁通式的线性开关磁阻电机的原型建筑是有史以来提出的第一个有

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 ?、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： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：

径向磁通开关磁阻电机的发展历史及趋势

文献检索 径向磁通开关磁阻电机的发展历史及趋势 姓名 学号825 所在学院电气与电子工程学院 专业班级12电气7班 日期2014年12月26日

一、开关磁阻电机发展简介 开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。 1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）雏形，这是关于开关磁阻电机最早的研究。1972年，进一步对带半导体开关的小功率电动机（10w～1kw）进行了研究。到了1975年有了实质性的进展，并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司（SRD Ltd.），专门进行SRD系统的研究、开发和设计。1983年英国（SRD Ltd.）首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，到1986年已运行500km。该产品的出现，在电气传动界引起不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。 从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看，对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。 二、开关磁阻电机的分类 按气隙磁通方向分类方法将开关磁阻电机分为两类：径向磁通开关磁阻电机和横向磁通开关磁阻电机。这里，着重分析径向磁通开关磁阻电机。 1、径向气隙磁通 发电机依靠转子对定子的相对运动来发电，在定子与转子之间的间隙称为气隙。在传统电机结构中，定子在外围，转子在中间旋转，见图1右图，定子与转

新型轴向磁场磁通切换型永磁电机外围漏磁有限元处理方法

…．堕壁皇型…竺望然舅……………………………………蟛望‰√ｊ新型轴向磁场磁通切换型永磁电机外围漏磁有限元处理方法 张磊，林明耀，李鑫 （东南大学，江苏南京２１００９６） 摘要：针对轴向磁场磁通切换型永磁电机，提出了一种电机外围漏磁有限元处理方法——能量法，即电机有限元模型外围模拟空气环境的虚拟空气罩尺寸的确定方法。不同虚拟空气罩尺寸下，工作气隙永磁磁通幅值计算 结果的变化趋势说明了该方法的可行性。研究表明，使用该方法可以在计算时间和精度之间实现最优化，该方法 同样可以推广到双【ｆｌｌ极电机等定子永磁型电机的有限元分析。 关键词：外围漏磁：能量法；虚拟空气罩；永磁电机；有限元仿真 中图分类号：ＴＭ３５１文献标识码：Ａ文章编号：１００４－７０１８（２０１０）０１一∞眇一舛 ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭｅｔｈｏｄｔｏＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＦｌｕｘＬｅａｋａｇｅｉｎａＮｏｖｅｌＡｘｉａｌＦｉｅｌｄ Ｆｌｕｘ－ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ Ｍａｃｈｉｎｅ ＺＨＡＮＧＬｅｉ。ｕＮＭｉｎｇ－ｙａｏ，ＬＩＸ／ｎ （ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｔｏｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅｉｎａｎｏｖｅｌａｘｉａｌｆｉｅｌｄｆｌｕｘ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ（ＡＦＦＳＰＭ）ｍａｃｈｉｎｅｗａｇｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．１１ｌｅｓｉｚｅｏｆｓｕｐｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｐｅｒｉｐｈｅｒａｌａｉｒｃｙｌｉｎｄｅｒｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＡＦＦＳＰＭｍａｃｈｉｎｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｕｓ，ａ ｂａｌａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｔｉｍｅＷａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈａｔｂｙｔｈｅｖａ－ ｆｉａｎｃｅｏｆＰＭｆｌｕｘｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅ．ＴｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｆｕｌｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｃｈｉｎｅｓｗｉｔｈＰＭ ｉｎｓｔａｔｏｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅ；ｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄ；ｓｕｐｐｏｓｉｔｉｏｎａｌａｉｒｃｙｌｉｎｄｅｒ；ＰＭｍａｃｈｉｎｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０引言 传统的永磁电机将永磁体放置在转子上，为防止电机高速运行时永磁体受到离心力作用而被甩落，通常在转子上安装不锈钢或非金属纤维材料制成的固定套，但这会导致转子散热困难。过高的温升会使永磁体发生不可逆退磁，限制电机出力，减小电机输出功率。近年来，以新型双凸极永磁（以下简称ＤＳＰＭ）电机和磁通切换型永磁（以下简称ＦＳＰＭ）电机为代表的定子永磁电机可以较好地解决上述问题‘１－４］。图１为一台三相１２／１０极径向磁场磁通切换型永磁（以下简称ＲＦＦＳＰＭ）电机截面图，该电机通过定、转子相对位置的变化，引起电机内磁路改变，从而使得电机内的电磁场发生变化，以实现电机的电动或发电运行。但是由于将永磁体置于定子中，电机外围漏磁将导致感应电势幅值的有限元计算结果大于实测值一ｊ。为了使有限元计算结果更接近实际情况，建模过程中，应该计及电机外围漏磁的影响，习惯的做法是在电机有限元模型外围加 收稿日期：２００９—０５—１８ 基金项日：江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２００８３０６） ９上模拟空气环境的虚拟空气罩‘引，然而附加的虚拟空气罩在剖分、求解及数据后处理过程中都会增加工作量，延长求解时间。因此，确定空气罩的尺寸，在计算时间和求解精度之间达到最优化，不仅具有重要的理论意义，也具有很好的应用价值。 图ｌ三相１２／１０极ＲＦＦｓＰＭ电机截面图 目前，有限元建模时，在电机外围加模拟空气环境的虚拟空气罩的做法已被广泛采用，但有关确定其尺寸的方法尚未见诸文献。本文以一台三相１２／１０极轴向磁场磁通切换型永磁（以下简称ＡＦＦ．ＳＰＭ）电机为例，基于全场域三维有限元分析方法，提出了一种在有限元程序中容易实现的电机外围模拟空气环境的虚拟空气罩尺寸确定方法——能量法，分析了不同虚拟空气罩尺寸对该电机工作气隙永磁磁通幅值计算结果的影响。最后，运用此法对一台三相１２／１０极ＲＦＦＳＰＭ电机有限元模型中电机外围的虚拟空气罩尺寸进行分析，说明提出的方法 万方数据

新型横向磁通永磁电机磁场研究

第27卷第24期中国电机工程学报V ol.27 No.24 Aug. 2007 2007年8月Proceedings of the CSEE ?2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2007) 24-0058-05 中图分类号：TM341 文献标识码：A 学科分类号：470?40 新型横向磁通永磁电机磁场研究 褚文强，辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074) Study on Magnet Field of Novel Transverse-flux Permanent Magnet Machine CHU Wen-qiang, GU Cheng-lin (College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China) ABSTRACT: Firstly，a novel transverse-flux permanent magnet machine(TFPMM) is introduced．Then its no-load magnetic field is analyzed, including flux curve, the influence of different air gap/permanent magnet weight on magnetic field. Beside its cogging torque is also calculated．Finally, The experimental data is given and compared with the magnetic field computation results to prove the method above is available. KEY WORDS: transverse-flux; permanent-magnet machine; magnetic field computation 摘要：简要介绍了一种新型横向磁通电机，然后针对该电机进行了空载磁场分析，给出了磁通变化曲线，分析了气隙长度、永磁体宽度对磁场的影响，同时还计算了电机定位力矩。给出了样机实验数据，并与磁场计算结果进行了对比分析，比较结果说明以上方法是有效的。 关键词：横向磁通；永磁电机；磁场计算 0 引言 横向磁通永磁电机(Transverse-flux permanent magnet machine，TFPMM)是20世纪80年代末由德国的H.Weh教授提出的一种新型电机结构形式[1-2]。磁路结构的改变使其从理论上克服了传统电机齿槽位于同一截面，几何尺寸相互制约，电机转矩难以根本提高的缺陷，特别适合低速、大转矩、直接驱动等应用场合。德国于1988年率先研制了首台45kW横向磁通永磁电机样机，1999年又将TFPMM作为电动车发展优选部件之一；英国Rolls- Royce国际研发中心于1997年设计并制作了3.0MW采用C形定子铁心的TFPMM样机，目前正在研制16相20MW横向磁通永磁电机[3-5]；美国通用汽车Allsion传动部着手于研究复合软磁材料(SMC)成形定子的横向磁通电机和爪形齿横向磁通电机，并研制了30kW电动车用横向磁通电机[6-8]；国内对横向磁通电机的研究开展较晚，但目前已有不少样机研制成功[9-11]。此外TFPMM还被应用于磁悬浮[12-14]、风力发电、直线驱动[15]等领域。但是上述各种拓扑结构都存在工艺复杂，加工困难，基本上不适合中小功率低速直驱式场合应用。文献[16]提出了一种新型TFPMM拓扑形式，简化了电机结构，降低了对制造工艺的要求，使得TFPMM有可能应用于中小功率场合。本文在文献[16]基础上，利用有限元方法分析了该电机的空载磁场，给出了磁通变化曲线，分析了气隙长度、磁体宽度对磁场的影响，同时还计算了定位力矩，最后对样机的实验数据进行了比较分析。 1 新型横向磁通永磁电机 TFPMM磁路呈三维分布，其拓扑结构变化较为丰富，按其永磁转子结构和磁路特点，可以分为平板式、聚磁式、磁阻式、无源转子式4类[17]。文献[16]正是在德国G．Henneberger教授设计的单边定子平板式TFPMM结构[18]基础上提出一种新型横向磁通电机拓扑结构(内定子、外转子)，其定转子结构如图1、2所示，主要结构特点如下： （1）永磁体轴向磁化，相邻磁体极性相反，各相磁体(2p个)沿转子内表面均布，m相磁体轴向分隔，周向对齐。 （2）U形磁轭以两倍极距均布(每相p个)，各相独立，三相定子轴向互错120o电角度被固定在非磁性定子支架上。 （3）电枢绕组由同心绕制在U形磁轭中的周向线圈组成。

一种轴向磁通永磁电机的设计

Analytical Design of an Axial Flux Permanent Magnet In-Wheel Synchronous Motor for Electric Vehicle C. Versèle1, Z. De Grève1,2, F. Vallée1, R. Hanuise1, O. Deblecker1, M. Delhaye1 and J. Lobry1 1Electrical Engineering Department – Faculté Polytechnique de Mons 2 Belgian National Fund for Research, FNRS Boulevard Dolez, 31 7000 Mons – Belgium Tel.: +32 / (0)65 – 374123 Fax: +32 / (0)65 – 374120 E-Mail: christophe.versele@umons.ac.be Keywords ?AC machine?, ?Electric vehicle?, ?Permanent magnet motor?, ?Synchronous motor?. Abstract This paper deals with the analytical design of an axial flux permanent magnet (AFPM) in-wheel synchronous motor for electric vehicles (EVs). AFPM motor is a pancake-type high torque density motor that fits perfectly the wheel of an automobile vehicle and that can, thus, be easily and compactly integrated into the wheel. Therefore, AFPM motor seems to be a better choice than radial flux permanent magnet (RFPM) motor for this kind of application. First, a design program of AFPM synchronous motors developed by the authors in Matlab environment is presented and validated by experimental results.This program is very simple to use and useful during the first stage of the design of a new motor in order to evaluate its performances and overall dimensions with reasonable accuracy (although more sophisticated methods, such as Finite Element Analysis (FEA), are required in more advanced phases of the design). In a second time, this program is used to design one of the four in-wheel motors of an urban EV. The results confirm that AFPM motor is a competitive choice for this application. Indeed, it meets all the requirements of the EV and fits perfectly the shape and size of a classical rim of an automobile vehicle wheel. Moreover, the results are compared with those obtained for a more conventional RFPM motor. This comparison shows that AFPM motor is a better choice than RFPM motor for in-wheel motor applications. Introduction Since Neodymium-Iron-Bore (NdFeB) permanent magnet (PM) materials were invented in 1980’s, PM machines are more and more used in large-scale industrial applications where other types of machines were preferred before. Moreover, this invention gave new possibilities for the use of axial field machines until then very limited in industrial applications. It was also found out that AFPM machines are a better choice or, at least, an alternative in some applications compared to RFPM machines [1] such as in-wheel motors for EV, wheelchair motors, generators dedicated to wind energy application, etc. The concept of in-wheel motors for EVs appeared in the 1990’s and in the last twenty years some attempts have been proposed. Several different types of motors have been considered. In 1994, Caricchi et al. [2] developed a slotless AFPM motor as an in-wheel motor to an electrical scooter. However, the slotless type stator is a strong limitation for traction applications where the motor is subjected to several types of stresses [3]. Then, in 1997, Bernot et al. [4] showed that in-wheel motors are a good solution to motorise heavy electrical vehicles, such as buses, but it leads to use two, four or six motorized wheels and power drives. The motor studied in that paper was a RFPM synchronous one with an inverted structure. In 2001, Tutelea and Ritchie [5] analyzed the design of a four wheels drive system for a small city car using induction motor (IM) with outer rotor. More recently, during the last

三相异步电动机旋转磁场的产生 教案

寿光市职业教育中心学校职场导学 教学设计 课程名称：电工电子技术与技能 课题：三相异步电动机旋转磁场的产生 主讲教师：杨倩 日期：2018.03.07

寿光市职业教育中心学校职场导学教学设计（专业课参考）

2 任务 实施 步 骤 1 回顾三相异步电动机的基本结 构，提问： （1）三相异步电动机的基本结构 有哪些？ （2）各部分的作用是什么？ 引导同学回顾之前所学内容： （1）三相异步电动机的基本结构有 哪些？ （2）各部分的作用是什么？ 接下来我们先来分析一下电动机 的工作原理。旋转磁场是本章学习 的关键。理解电动机的工作原理， 首先应重点掌握旋转磁场的产 生、旋转磁场极对数、旋转磁场 的转速以及旋转磁场的转向。 步 骤 2 掌握三相异步电动机旋转磁 场的产生条件。 一、旋转磁场的产生条件 1、首先给三相异步电动机的三相 绕组通入三相交流电，所通的三相电 流的有效值相等，频率相等，相位彼 此相差120°，如下图。 2、下图（a）是三相异步电动机定子 绕组的空间分布，（b）图是绕组的联 结。 步 骤 3 根据老师的讲解，学会分析 三相电流通过三相绕组，在 wt=0°时所产生的合成磁场的情 况。 二、旋转磁场的原理 1、研究旋转磁场的产生，关键是分析 三相电流通过三相绕组时，在不同时 刻所产生的合成磁场的情况。 2、规定： （1）电流的正方向： 首端流入，尾端流出为正方向；反 之，则为负方向。 （2）电流垂直纸面： 电流流入画×，电流流出画·。 3、讲解wt=0°时的合成磁场情况。

步骤4 每组同学根据老师讲解分析 讨论不同时刻的合成磁场的情 况。 分析完，每组派一个同学上 黑板画出不同时刻的合成磁场情 况。 小组活动： 五小组分别分析，wt=60°、 wt=90°、wt=180°、wt=270°和 Wt=360°时的合成磁场的情况。 步骤5 每组同学讲解自己的分析过 程，老师点评。 每组同学讲解自己的分析过程， 老师点评。 根据之前的结果，观察一下旋转磁场 连续变化的过程。 3 任务 总结 任 务 展 示 （1）定子绕组不同时刻的合成 磁场情况。 （2）分析旋转磁场的产生。 总结三相异步电动机旋转磁场产 生的条件和原理。 任 务 拓 展 想想练练：当磁极对数p=2时定子 绕组任意时刻的合成磁场情况是 怎样的？ 思考一下，当磁极对数p=2时定 子绕组任意时刻的合成磁场情况是怎 样的？ 学 习 小 结 三相异步电动机： （1）旋转磁场产生的条件。 （2）旋转磁场的原理。 三相异步电动机： （1）旋转磁场产生的条件。 （2）旋转磁场的原理。 布置作业《学海领航》高考试题回放教学反思

磁通切换永磁电机等效模型与控制策略分析

第13卷　第5期2009年9月 　 电　机　与　控　制　学　报 EL EC TR IC MACH I N ES AND CON TROL 　 Vol 113No 15Sep.2009 磁通切换永磁电机等效模型与控制策略分析 贾红云,　程明,　花为,　赵文祥 (东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心,江苏南京210096) 摘　要:针对传统转子永磁型电机散热困难导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、减少功率 密度等问题,提出了一种定子永磁型磁通切换永磁(FSP M )电机,并对该电机结构特点与等效模型进行了分析,比较了定子磁场定向控制(SF OC )、直接转矩控制(DTC )及基于空间矢量调制的直接转矩控制(S VM 2DT C )三种控制方法在FSP M 电机上的应用效果。运用dSP ACE 的实验平台,对基于SF OC 的FSP M 电机驱动系统进行了实验研究。仿真与实验结果表明,采用SF OC 的FSP M 电机转矩脉动小、电流正弦度好以及低速性能优越,更适合于低速驱动领域的应用。关键词:磁通切换;定子永磁电机;等效模型;定子磁场定向;直接转矩控制 中图分类号:T M 351 文献标志码:A 文章编号:1007-449X (2009)05-0631-07 Equi valent model and control strategi es analysis for flux 2switchi n g per manent 2magnet motor J I A Hong 2yun,　CHENG M ing,　HUA W ei,　ZHAO W en 2xiang (Engineering Research Center forMoti on Contr ol of MOE,Southeast University,Nanjing 210096,China ) Abstract:Traditi onal r ot or 2per manent magnet (P M )mot or cooling p r oble m s lead t o irreversible P M de 2magnetizati on li m iting the electrical out put capacity,reducing the power density and s o on .A ne w stat or 2per manent magnet flux 2s witching P M (FSP M )is put f or ward .Its configurati on and equivalent mathe matic model are analyzed,and three contr ol strategies,na mely stat or flux 2orientati on contr ol (SF OC ),direct t orque contr ol (DTC )and s pace vect or modulati on DTC (S VM 2DT C ),are compared for a FSP M mot or on app licati on effects,res pectively . Further more,the SF OC syste m is i m p le mented in a real 2ti m e dSP ACE contr ol p latf or m f or the experi m ental test of a p r ot otyped FSP M mot or drive .The si m ulated and experi m ental results indicate that the SF OC method has p ri or perfor mances including the sinus oidal phase current and l ow t orque and s peed pulsati ons,which is suitable f or the request of l ow s peed operati on .Key words:flux 2s witching;stat or per manent magnet mot ors;equivalent model;stat or flux 2orientati on;direct t orque contr ol 收稿日期:2009-04-14 基金项目:国家自然科学基金(50729702;50807007);航空科学基金(20080769007);江苏省2008年度研究生科技创新计划基金(CX08B_067Z )作者简介:贾红云(1979—),女,博士研究生,研究方向为新型电机驱动与控制; 程　明(1960—),男,教授,博士生导师,研究方向为电动车驱动控制技术、新能源发电技术、微特电机及测控系统等;花　为(1978—),男,博士,讲师,研究方向为新型电机设计与控制; 赵文祥(1976—),男,博士研究生,讲师,研究方向为永磁电机及其驱动系统的可靠性分析。 0　引　言 随着控制理论、永磁材料和电力电子技术的发 展,基于磁场定向控制(flux 2orientati on contr ol, F OC )、直接转矩控制(direct t orque contr ol,DT C )等先进控制算法的转子表面贴装式永磁(surface 2

三相交流电动机旋转磁场

三相交流电动机的旋转磁场 应用最广泛的电动机就是三相交流电动机，三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋转的。 三相交流电由A、B、C三相组成，按每个交流周期360度算，每相间距120度，下面是三相交流电的波形图，黄色为A相波形，绿色为B相波形，红色为C相波形，我国使用的三相交流电频率是50赫兹。 三相交流电通过三个线圈来产生旋转磁场，线圈嵌在定子铁芯上，下面是一个三相交流电动机模型的定子，在定子内圆有6个嵌线槽，分别嵌有A、B、C 三相线圈，三个线圈按120度分布，黄色是A相线圈，绿色是B相线圈，红色是C相线圈。

在三个线圈通上三相交流电后，在定子铁芯中间会形成一个旋转磁场，下图展示三相交流电与旋转磁场的动画截图。在A相线圈端口输入的是A相电流IA，在端口有箭头标明电流的方向；在B相线圈端口输入的是B相电流IB，在端口有箭头标明电流的方向；在C相线圈端口输入的是C相电流IC，在端口有箭头标明电流的方向。在定子铁芯中间有A相电流形成的黄色磁场箭头，其长度代表磁场强度，指向为磁场的方向；同样绿色与红色箭头分别代表B相与C相的磁场强度与方向；紫蓝色的箭头是A、B、C三相的合成磁场，其长度代表磁场强度，指向为磁场的方向。在动画中可看到三相电流的变化、三相磁场的变化及合成的旋转磁场。 这里展示四幅截图，以A相起点为0度，第1幅是是0度的截图： 第2幅是是105度的截图：

第3幅是是180度的截图：

第4幅是是255度的截图： 第5幅是是300度的截图：

交流电每变化一周磁场旋转一周，输入的三相交流电是50赫兹，产生的旋转磁场是每秒50周。 三相交流电与旋转磁场的动画见下载视频文件。 三相交流电与旋转磁场的动画还有用磁力线表示的动画，下图为其截图

永磁无刷直流电机空载气隙磁场和绕组反电势的解析计算

永磁无刷直流电机空载气隙磁场和绕组反电势的解 析计算 王兴华，励庆孚，王曙鸿 （西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049） 摘要：该文利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数，该气隙相对比磁导函数反映了齿槽效应对气隙磁场分布的影响，且这种影响的程度随气隙中的径向位置而变化。在忽略铁心饱和的情况下，结合偏微分方程的解析算法，提出了一种考虑齿槽效应的永磁无刷直流电机空载气隙磁场分布和相绕组反电动势的解析计算方法。计算结果与二维有限元计算结果对比，其计算波形和大小吻合很好。证明此方法是正确的、可靠的，为永磁无刷直流电机优化设计和性能分析提供了基本分析手段。 关键词：永磁无刷电机；气隙磁场；反电势；解析计算 1 引言 对于永久磁钢表面安装的永磁电机，由于定子铁心开有若干槽，使气隙磁导并非均匀值，从而导致电机气隙磁场并非理想的梯形波，其中含有幅值较大的齿谐波，当电机旋转时会引起相绕组交链磁链的波动，使相绕组反电势出现波动，进而导致绕组相电流的脉动，引起电磁转矩的波动，最终引起电机的振动和噪声。 可见，要准确计算永磁电机的电磁转矩波动，首先应准确计算电机气隙内的磁场分布，从而可以准确计算出电机相绕组的反电动势变化波形和电机的电磁转矩波动，以确定有效的改进措施和控制策略。而准确计算永磁电机气隙内磁场分布的关键是如何考虑齿槽结构对气隙磁场分布的影响。 在气隙磁场的求解方法中，有限元数值计算方法可以准确计算出气隙磁场的分布波形，具有通用性强、适用于各种媒质的特点。但其前处理过程复杂、计算时间较长，对使用者有较高的技术要求，在电机优化设计中不便采用。解析方法可以较准确地计算气隙磁场分布波形，同时可以观察到气隙磁场分布与结构尺寸之间的关系，具有很大的工程实用价值。文献[1]、[2]利用解析方法对气隙磁场进行计算，求解出气隙磁场的分布波形，但文中忽略了齿槽的影响。文献[3]讨论了永磁电机中定子斜槽（或转子斜极）、永磁体磁化方式、气隙长度、转子半径和永磁体极弧系数对气隙磁场分布的影响，给出计算气隙磁场分布的经验公式，由此计算出相绕组反电动势变化波形，可是文中忽略了齿槽的影响，公式的通用性也较差。文献[4]采用等效磁路的方法构造出考虑齿槽效应的气隙磁导分布函数，以此求解电机内气隙磁场的分布，但文中等效磁路法默认为齿槽效应对气隙磁场分布的影响程度与气隙内的径向位置无关，这与实际磁场分布有一定偏差[5]。文献[6]采用部分区域的方法，利用连续边界条件求解齿槽对气隙磁场的影响，但文中忽略了永磁体相对磁导率m r的影响。 本文以许-克变换为基础，构造出考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数，该气隙相对比磁导函数反映了齿槽效应对气隙磁场的影响程度，且这种影响程度随气隙径向位置而变化。在忽略铁心饱和的情况下，本文结合偏微分方程的解析算法，提出了一种永磁无刷直流电机空载气隙磁场分布和相绕组反电势的解析计算方

SMC-Si钢组合铁心盘式横向磁通永磁无刷电机及其驱动控制研究

SMC-Si钢组合铁心盘式横向磁通永磁无刷电机及其驱动控制研 究 经济社会的快速发展在为我们的生活带来便利的同时,也造成了日益严峻的资源短缺、环境污染等问题。大力发展电动汽车是一种有效的解决途径。 对于电动汽车驱动电机,永磁无刷电机以其高效率、高功率密度、高转矩密度的优势得到了广泛的应用。为了提高永磁无刷电机在运行效率、功率密度和转矩密度等方面的性能,研究开发了各种不同结构的永磁无刷电机。 其中,盘式横向磁通永磁无刷电机(Disk Transverse-Flux Permanent Magnet Brushless Motor,简称 DTFM)综合了集中绕组电机、盘式电机以及横向磁通电机的优势,具有绕组端部短、容错能力高、转矩密度高、电磁负荷独立设 置的特点。但由于其定子铁心全部采用硅钢片或SMC制成,导致其齿槽转矩脉动大和空载反电动势过低的问题。 若通过硅钢片齿身和SMC齿靴的设计,将SMC和硅钢片相结合构成基于SMC-Si钢组合铁心的DTFM,能够有效地解决齿槽转矩脉动大和反电动势过低的 问题。另外,永磁无刷电机的控制算法普遍采用矢量控制技术。 但目前的矢量控制系统通用性差,对于不同的电机需要专门研制配套的矢量控制系统才能发挥其最佳性能。另外,控制器硬件电路的设计以及软件算法的合理性仍然有很大的提升空间。 本文在阐述DTFM和矢量控制技术的发展研究现状的基础上,首先,针对Si 钢铁心DTFM以及SMC铁心DTFM的缺陷,提出了一种基于SMC-Si钢组合铁心的DTFM,并详细分析了其结构特点及优越性;其次,对比分析了 SMC-Si钢组合铁心DTFM、Si钢铁心DTFM以及SMC铁心DTFM的齿槽转矩和空载反电动势,突出了