不等厚Halbach阵列的永磁电机建模与优化

摘要

永磁无刷电机具有结构简单、高效率、高功率密度等优点，广泛应用于各个领域。永磁形状是永磁电机磁场分布的关键因素之一。研究永磁无刷电机的磁极结构和电磁特性具有理论意义和工程价值。
　　首先给出了从2段、3段到N段的Halbach阵列永磁电机的解析模型，获得了气隙磁密的波形。有限元法验证了解析模型的正确性。
　　然后对于无槽永磁电机，分析了等厚和不等厚磁极组合结构，通过分区域求解拉普拉斯和准泊松方程，根据磁场边界条件，建立了等厚和不等厚永磁电机的气隙磁密、感应电动势、电磁转矩的解析法模型，分析了边磁磁化角以及极对数对气隙磁密的影响，并用解析法获得了最优边磁磁化角和最优永磁厚度。接着，在无槽电机的基础上，利用保角变换的方法，求解了无槽电机到定子有矩形槽的相对磁导函数，建立了等厚和不等厚有槽永磁电机的解析模型。并用解析法获得了最优边磁磁化角。有限元法验证了无槽电机和有槽电机解析模型的正确性。
　　最后给出了不等厚不对称磁极组合结构的永磁电机，分析了极对数变化对气隙磁密和永磁利用率的影响。分析结果表明，不等厚不对称磁极组合结构不仅能够节约材料，还可以提高电机性能。为永磁电机的优化设计提供了理论参考。