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电动自行车用磁通切换电机设计(二)

2016/10/28    来源:ANSYS    作者:朱新凯      
关键字:电磁仿真  电机设计  有限元  
通过设计的3种FSPM电机与PSM电机的比较发现,FSPM电机的永磁体利用率低,在保证电机的体积、槽满率、所用材料相同的情况下,FSPM电机要使用更多的永磁体才能达到与PSM电机相同的电磁性能。

 3 两种电机性能的比较

    为了公平的比较两种电机的性能,设定了三个比较前提和两个比较目标:

    第一个前提:两种电机所使用的导线的线径一样,且保证两种电机槽满率相等。

    第二个前提:两种电机所使用的永磁体材料一样,且保证永磁体体积相等。

    第三个前提:两种电机所使用的硅钢片材料一样,且保证电机的体积相等。

    第一个目标:比较两种电机在额定速度下的空载反电动势幅值。

    第二个目标:比较两种电机在额定转速下的齿槽转矩幅值。

    根据比较前提和表3-1的初始设计尺寸,设计了第一种结构的FSPM电机,如图4-1。

图4-1 第一种结构的FSPM电机模型

图4-1 第一种结构的FSPM电机模型

图4-2 第一种结构的FSPM电机的空载反电动势波形

图4-2 第一种结构的FSPM电机的空载反电动势波形 

    由图4-2发现,当两种电机的永磁体用量一样时,FSPM电机的空载反电动势只有5.4V,只占PSM电机空载反电动势的15.4%,说明FSPM电机的永磁体利用率低,这可能是FSPM电机漏磁严重造成的。FSPM电机的永磁体槽上部是空气槽,是漏磁通的主要路径之一。为了减少永磁体在永磁体槽部的漏磁,设计了将永磁体分成相等的三段,同时在两“U”型定子铁心间添加导磁桥的结构,如图4-3。该导磁桥宽度初步设定为1mm。导磁桥的作用是,使永磁体槽间的漏磁全部从导磁桥上通过,不再经过槽间空气闭合,当导磁桥的饱和度达到一定程度时,漏磁通就无法全部通过导磁桥,无法通过导磁桥的磁通就会转变成有效磁通,参与能量的转换,其作用结果就是提高了永磁体的利用率。为了验证上述分析,对第一种结构的FSPM电机和第二种结构的FSPM电机进行了静态磁场分析,如图4-4-图4-7。

图4-3 第二种结构的FSPM电机

图4-3 第二种结构的FSPM电机

图4-4 第一种结构FSPM磁密云图

图4-4 第一种结构FSPM磁密云图

图4-5 第二种结构FSPM磁密云图

图4-5 第二种结构FSPM磁密云图

图4-6 第一种结构FSPM磁力线曲线

图4-6 第一种结构FSPM磁力线曲线

图4-7 第二种结构FSPM磁力线曲线

图4-7 第二种结构FSPM磁力线曲线

责任编辑:马倩
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