Halbach磁化钐铁氮磁环在有刷直流电机的应用设计

微特电机 ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (7): 14-17.

Halbach磁化钐铁氮磁环在有刷直流电机的应用设计

孔佳元¹, 秦未²

1.九阳股份有限公司,杭州 310018;
2.杭州松下家用电器有限公司,杭州 310018

收稿日期:2023-04-11 出版日期:2023-07-28 发布日期:2023-07-24
作者简介:孔佳元(1990—),男,硕士,工程师,研究方向为无刷电机及永磁有刷电机的设计研发。

Practical Design of Halbach Magnetized SmFeN Magnetic Ring for Brush DC Motor

KONG Jiayuan¹, QIN Wei²

1. Joyoung Co., Ltd., Hangzhou 310018, China;
2. PAPWMHZ Co., Ltd., Hangzhou 310018, China

Received:2023-04-11 Online:2023-07-28 Published:2023-07-24

摘要/Abstract

摘要： 对一款12槽2极有刷直流电机开展新型稀土永磁钐铁氮(SmFeN)磁环替代铁氧体磁瓦的应用设计。基于Maxwell 2D平台,对Halbach磁化的SmFeN磁环进行参数设计。通过在磁环极间开设弧形凹槽来优化气隙磁场波形,改善应用Halbach磁环的有刷电机换向性能。仿真分析了弧形凹槽的深度、圆弧角以及边沿的过渡方式对气隙磁场波形的影响,选取了的优化方案。与原机方案相比,碳刷上的电动势均值接近,电机输出性能接近;碳刷电动势脉动大幅降低,电磁转矩脉动得到优化。

关键词: 有刷直流电机, 钐铁氮, Halbach阵列, 转矩脉动

Abstract: A new magnetic ring which applicated the new rare earth permanent magnet material SmFeN was designed to replace the ferrite magnetic shoes for a 12-slot 2-pole brush DC motor. The parameters of Halbach magnetized SmFeN magnetic ring were designed based on the Maxwell 2D software platform. To improve the commutation performance of brushed motor with Halbach magnetized magnetic ring , the air gap magnetic field waveform was optimized by setting up arc-shaped grooves between the poles of magnetic ring. The influene of groove depth, arc angle and edge transition mode on air gap magnetic field waveform, was analyzed by simulation. The optimization scheme was selected based on the simulation results. Compared with the original scheme, the output performance of motor was similar for the mean value of electro dynamic potential on carbon brush, the electromagnetic torque ripple was optimized by greatly reducing the electro dynamic potential ripple of the carbon brush.

Key words: brush DC motor, SmFeN, Halbach array, torque ripple

中图分类号:

TM351

孔佳元, 秦未. Halbach磁化钐铁氮磁环在有刷直流电机的应用设计[J]. 微特电机, 2023, 51(7): 14-17.

KONG Jiayuan, QIN Wei. Practical Design of Halbach Magnetized SmFeN Magnetic Ring for Brush DC Motor[J]. Small & Special Electrical Machines, 2023, 51(7): 14-17.

参考文献 11

[1]	王忠.Sm-Fe-N/铁氧体复合粘接磁体的制备及其性能研究[D].杭州:中国计量大学,2018.
[2]	穆蕾.一种高功率密度低噪声永磁直流有刷电机的研发[D].深圳:深圳大学,2019.
[3]	徐衍亮,姚福安,房建成.Halbach磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究(I)[J].电工技术学报,2004,19(2):79-83.
[4]	朱熀秋,陈雷刚,李亚伟,等.Halbach 阵列无轴承永磁电机有限元分析[J].电机与控制学报,2013,17(4):45-49.
[5]	高峰阳,齐晓东,李晓峰,等.不等宽不等厚Halbach部分分段永磁同步电机电磁性能解析计算与优化分析[J].电工技术学报,2022,37(6):1398-1414.
[6]	赵国新,唐任远,陈丽香,等.转子无铁芯永磁电动机的研究与设计[J].电工技术学报,2006,21(3):58-61.
[7]	王晓远.基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机的研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2003.
[8]	陈玮,汪云翔,李纲.永磁铁氧体多极磁环取向结构的研究[J].上海师范大学学报(自然科学版),2019,48(6):671-675.
[9]	XIA Z P, ZHU Z Q.Anlaytical magnetic field analysi of halbach magnetized permanent-magnet machines[J].IEEE Transactions on Magnetics,2004,40(4):1864-1872.
[10]	朱自振.高速直流电动机改善换向性能的研究[J].江苏技术师范学院学报,2002,8(4):12-14.
[11]	汤蕴璆.电机学[M].4版.北京:机械工业出版社,2011.

[1]	高宇, 王芳群, 郑书坤, 王少俊, 钱锋, 茹伟民. 基于导管泵电机振动噪声的优化设计[J]. 微特电机, 2023, 51(6): 14-20.
[2]	杨建飞, 陈秋仲, 王日茗, 邱鑫, 金振, 张永民, 王浩亮. 无刷直流电机直接转矩控制系统零矢量优化[J]. 微特电机, 2022, 50(9): 12-19.
[3]	刘爱民, 刘权, 娄家川, 于秀孺. 基于天牛须算法的新型开关磁阻电机优化研究[J]. 微特电机, 2022, 50(4): 1-6.
[4]	李博群, 孙志锋. 一种无刷直流电机模型预测占空比补偿量控制算法[J]. 微特电机, 2022, 50(3): 5-10.
[5]	杨敏, 赵力航, 麻建中, 何志瞧, 李焱鑫. 分布式绕组结构对表贴式永磁电机性能影响研究[J]. 微特电机, 2022, 50(2): 14-21.
[6]	李梦茹, 冬雷, 于坤洋, 高孟祺. 开关磁阻电机直接转矩控制方法的优化[J]. 微特电机, 2022, 50(11): 16-22.
[7]	史进飞, 胡余生, 陈彬, 肖勇, 李霞. 永磁辅助同步磁阻电机电磁振动的分析与抑制[J]. 微特电机, 2021, 49(6): 12-16.
[8]	陈辰, 钱华, 李志鹏, 秦倩倩, 杨可新. 真空环境用有刷直流电机三维瞬态温度场的计算与分析[J]. 微特电机, 2021, 49(6): 34-37.
[9]	张永民, 杨建飞, 金振, 邱鑫, 陈秋仲, 吕润, 周阳. 基于开绕组的BLDCM DTC换相转矩脉动抑制方法研究[J]. 微特电机, 2021, 49(5): 41-46.
[10]	张志锋, 栾鹏. 基于新型负载转矩脉动观测器的滑模控制[J]. 微特电机, 2021, 49(5): 47-51.
[11]	吕欢剑, 郭德森. 外转子型永磁同步电机用铁氧体多极磁环的研制[J]. 微特电机, 2021, 49(2): 25-28.
[12]	钱锋, 何汉, 高宇, 王芳群. 微型心脏泵用电机的齿槽转矩数值分析与优化设计[J]. 微特电机, 2021, 49(10): 7-11.
[13]	王辉, 周腊吾, 陈宇, 李飞龙, 郭浩. 基于准Y源网络的BLDCM换相转矩脉动抑制策略[J]. 微特电机, 2020, 48(8): 39-42.
[14]	王晓光, 赵萌, 文益雪, 向红斌, 王现立. 切向内置式高速永磁电动机转子结构优化研究[J]. 微特电机, 2020, 48(4): 18-20.
[15]	冯号, 黎英, 蔡星全. 新型磁阻电机的结构设计及转矩优化[J]. 微特电机, 2020, 48(3): 17-21.