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臧晓华 杨金溪 沈媛|江苏大学
摘要：众所周知，农业装备驱动领域
越来越受到广泛关注的焦点是直驱技术，通过优秀的直驱技术，可以方便的使电机达到目前高性能的要求，因此国内外的研究学者开始广泛关注这一热点问题。通过直驱技术控制的这类电机具有低速大转矩能力。传统的游标永磁电机有转子型和定子型两种。这两类电机都有一定的缺点，其中转子型永磁游标电机具有发热导致永磁体发生不可逆退磁的缺点，相比较之下定子型永磁游标电机的缺点是永磁体利用率不高，为了让原有永磁游标电机的问题得到改善和解决，本文提出了一种定子和转子都是采用永磁体的双永磁游标电机。这种双永磁体的游标型电机，其定子上嵌有永磁体，与此同时转子也嵌有永磁体，这样可以达到充分使电机内部的空间结构得到利用的目的，而且能显著的帮助研究和开发人员实现提升永磁体的利用率目标。除此之外，我们知道永磁体发生不可逆退磁会永磁电机产生很 大的影响，通过这种方法来优化结构，还能使永磁体发生不可逆退磁的风险大大降低。
关键词：双永磁；游标电机1 引言
结合我国的现状，我国的农业生产大国的称号在全世界得到认可，为了进一步加快农业的现代化，在国家的统筹安排下，投入了大量的人力和物力来致力于我国农业机械装备的现代化升级研究。随着学科交叉越来越明显，不难得出农业机械装备的电驱动技术的进步与电机的发展速度有着紧密又不可分割的联系的结论。随着电机的发展，农业机械装备的成熟度得到提高，同时还能够提高劳动生产者的产出与投入比，以及农业生产水平。为了我国不断地加速农业机械装备的现代化发展进程，进一步加大研究力度，注重研究在低速时保持大转矩的电机并同时提升电机性能对于农业装备的制造升级，有着重大而深远的意义。我们所知道的传统的在低速时保持大转矩的实现方式主要是通过采用机械式的变速结构和电机相互配合来实现，这种电机的性能很大程度上因为受限于他的机械结构缺陷，所以有着诸多缺点，研究人员为了研究出效率更高的在低速时保持大转矩结构的电机，采用了由于传统机械结构的磁力传动结构来取代传统的机械结构。
新型的磁力传动结构与机械传动部件相比有很大的差异，主要表现在这种结构具有很多的传统机械结构不具有的优点，
譬如无摩擦、低震动、低噪声、精确性高等。本文以进一步满足现代化进程中，农业生产机械装备对
在低速时保持大转矩的电机的需求，从传统永磁游标电机的结构和材料出发，展开并进行了深入研究，并进行了实验，主要设计分析了定转子均采用永磁体的游标电机，该类电机相比较传统的永磁游标电机有着更高的功率密度。2 基本原理和分析方法
永磁游标电机与永磁齿轮结构的调制过程是不一样的，在永磁游标电机的结构中定子部分的虚齿是真正起到调制作用的，同时永磁游标电机不仅仅是对电枢磁场起调制作用，而且对永磁体磁场也起到了调制的作用，虽然调制效应反映在单层气隙中，但永磁齿轮结构仅部分调制永磁磁场。
调制后的内转子和外转子上的永磁磁场在不同的空气间隙中存在空间谐波。因此，在永磁磁场调制部分，游标永磁电机的调制过程类似于这种齿轮的调制过程。然而，对于这种齿轮调制的不同部分的电枢磁场，电枢磁场实际上是电能产生的磁场，以得到尚未经过调制的礠密分布函数为目的，有必要进一步引入磁动势方程，然后从磁齿轮的原理出发，深入分析了永磁游标马达的工作原理。
3 Halbach 聚磁阵列电机分析
发现之初，Halbach 磁铁阵列是以磁环的形式存在的。相邻永磁体的磁化方向为径向或切向和垂直。如果不考虑永磁阵列的端部效应，假设磁导率为无穷大，则可以得到单磁场的永磁阵列。
采用Halbach 聚磁阵列之后不仅可以使电机气隙磁通得到增强，而且能够使得转子轭部磁通减小。这对于缩小电机的体积并提高力能密度有着很大的帮助。
同采用常规的永磁体排布方式的电机比较，Halbach 聚磁阵列的电机可以有如下优点：
（1）永久磁体利用率更高。
（2）转子可以采用非铁芯材料。（3）定转子可以不需要斜槽。（4）功率密度大。
t型密封圈（5）可以有效降低转矩脉动。（6）可使用集中式绕组。4 永磁游标电机设计方法
通过对Halbach 永磁游标马达及其基本工作原理的简要介绍，提出了定转子双永磁游标马达的模型。模型转子采用铁氧体材料制成，可防止永磁体高温退磁，影响电机性能。定子部分采用哈尔巴赫结构
的铷铁硼铁磁阵列。
设计永磁游标电机时，综合考虑了尺寸的优化、混合磁材料的运用等各方面的因素。电机绕组中的槽数为分数槽。通过合理设置分数槽中心绕组的参数，可以满足电机的实际性能要求。分数槽集中绕组可以在一定程度上消除无用的谐波成分，从而提高电动机的空载反电动势。此外，分数槽还可以减少脉冲振动的损失。当然，分数槽也有不可避免的缺点。本文设计的永磁游标马达，槽数不宜过多，槽数过多会导致槽面积下降。综合各方面的关系，决定采用12槽，转子极对为28对。接着对电机的内转子和外转子的两种模型进行对比分析。在电机模型体积相同以及绕组的分相、匝数等电机参数也是相同，只有永磁体的用量不同时，可以得出结论当电机体积相等时，可以提高高磁密电机的性能。
然后对定子型、定子型和转子型电机进行了比较分析。比较了定子永磁体、定子永磁体和转子永磁体相互作用下的磁力线分布。结果表明，当电机体积相等时，定转子式永磁游标马达比定转子式永磁游标马达具有更高的转矩密度。
5 永磁游标电机存在的问题
永磁电机的结构特点决定了永磁电机存在齿槽转矩问题。齿槽转矩是正负的，只能在一定程度上减小，不能完全消除。极槽比的选择方法、斜槽是否存在、斜槽的结构和槽宽的设置都对齿槽转矩有一定的影响，可以进一步研究。
6 结论
本文对Halbach 聚磁阵列电机的优点进行了分析，然后针对电机的基本模型分析。然后就双永磁游标电机的设计过程进行了分析，着重分析了槽数的选择、内转子和外转子模型的性能对比和定转子型、转子型及定子型永磁游标电机的静磁场分析。最后提出了永磁游标电机存在的齿槽转矩的问题，并提出了解决此问题的基本方向。
参考文献
红外线烤箱[1]赵文祥，程明，朱孝勇,etal.驱动用微特电机及其控制系统的可靠性技术研究综述[J].电工技术学报,2
007,22(4):38.
[2]程树康，寇宝泉，杨世彦等.串联磁路结构双定子混合式直接驱动电机的转矩特性[J].中国电机工程学报,2004(7):131-136.
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