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第
42
卷细
II
期
2009
句二
II
月
夭沛大学学
lli
Journal
of
Tianjin
University
Vo
l.
42
NO.II
Nov.2009
Halbach
阵列永磁球形电动机转矩的三维有限元分析
李洪凤,夏长亮,宋
鹏
(天沛大学
l
也气
'-;1
斗动化
1.
科学院,天在
Ik
300072)
摘
要:为分析
Halbach
阵列永磁球形电动机复杂边界条件对电机性能的影响啕采用有限元法对电机转去巨特性进行了
研究.建立了
Halbach
阵Jí
IJ
永磁球形电动机三维有限元模型,得到了电机转矩的空间分布,并与解析法得到的结果进
行了对比分析.在保证
Halbach
阵列永磁球形电机体积不变的情况下,分析了电机结构参数对电机性能的影响对不同
磁体结构球形电动机产生的自转转去
E
和倾斜转去巨进行了比较.漏石在、磁场谐波及各自由度之间的电磁祸合对转矩特性
的影响可以在有限元法中得到
j
体现,使其与解析法得到的结果有所差别永磁球形电动机采用
Halbach
阵列磁体结构
后,转矩的输出能力得到了提高在电机结构参数中,转子磁体厚度、定子线图高度、内径及外径对电机的输出转矩能力
具有较大的影响.结果表明在提高电机转矩输出能力上,电机结构参数存在最优值
关键词
Halbach
阵列;球形电动机;转去
E
计算;有限元法
中图分类号
TM351
文献标志码
A
文章编号
0493-2137
(2009) 11-0952-07
3-D Finite Element
Torque
Analysis of a
Halbach
Array
PM
Spherical
Motor
LI
Hong-feng
,
XIA
Chang-liang
, SONG
Peng
(School
of
Electrical Engineering and Automation , Tianjin University, Tianjin 300072 , China)
Abstract:
The torque characteristic
of
the Halbach array PM spherical motor with complicated boundary conditions
is
ana-
Iyzed using finite element method (FEM). A three-dimensional
(3-D)
丑
nite
element model
of
the Halbach array PM spherical
motor
is
buil
t.
The space distributions
of
the torque are obtained by FEM , which are compared with those obtained by ana-
Iytical method. The effects
of
the structure parameters
of
the motor on the perfomlance
of
the motor are discussed. The roll-
ing torque and tilting torque obtained
by
different
magn
巳
t
arrays are compared. The
in
f1
uences
of
f1
ux
leakage
啕
magnetic
har-
monic and electromagnetic coupling among ali degrees
of
freedom on
th
巳
torque
characteristic can
be
considered
in
FEM,
which makes results
of
FEM and analytical method differen
t.
The torque output capacity
of
the Halbach array PM spherical
motor
is
improved. The magnet
thickn
巳吕吕弓
the
height
of
coils , the inner and
out
巳
r
diameters
of
coils play
an
important role
in
the output torque capacity. The results indicate the structure parameters
of
the Halbach array PM sphericalmotor have opti-
mum values
in
improving the torque output capacity.
Keywords:
Halbach array;
sph
巳
rical
motor; torque computation; finite element method
永磁球形电动机特殊的球形结构使得设计者无
法直接使用传统电机的设计经验.各同学者纷纷对
永磁球形电动机的电醋特性展开了研究.文献
[1-3]
基于解析法推导了永磁球形电动机的转矩模型,该电
机的磁体结构包括单层磁体结构和双层磁体结构-单
层磁体结构的磁体沿转子球体赤迫分布一周,按
N
、
S
极交替分布,单个磁极内采用平行充磁;双层磁体结
收稿日期
2008-12-29
;修回日期
2009-06-12
构的磁体沿对称于转子球体赤道线的两条纬度线分
布,各条纬度线呈
N
、
S
极交替分布.文献
[4-5]
采用积
分法与有限元法对永磁球形步进电动机的电磁特性
进行了研究,该电机的转子磁极结构为圆柱体.文献
[6-8]
采用有限元法对单层磁体结构的永磁球形电动
机转矩.ìlt
h
了分析文献
[9-11
]基于球诺函数理论对
Halbach
阵列永磁球形电动机的静态磁场进行了分
基金项目
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