Ansoft聚磁式横向磁通永磁盘式发电机空载特性研究(2)
1983年美国通用汽车公司和日本住友特殊金属公司分别研制出钕铁硼永磁材料，其价格比稀土钴永磁材料低，永磁电机便重新引起关注，开始进入工农业领域，取代部分电励磁电机，一定程度上提高了电机的性能[2]。90年代以来，永磁材料的性能进一步改善，控制方式也得到了进一步的完善，永磁电机的研究与应用日益广泛，正在向大功率化、高功能化和微型化发展[3]。截至今日，永磁电机最大单机容量已经大于1MW，最高转速也已经大于300000r/min，而最低转速只有0.01r/min，最小的电机外径为0.8mm，长为1.2mm[4]。
目前，永磁电机已实际应用于航空航天、水利发电、石油开采等场合，但在设计、制造和应用永磁电机时，还应该注意以下几个方面[5]：
一、设计计算。设计时要考虑尽量使用较少的永磁体来生产出高性能电机。在设计计算方面，突破传统的电机结构和设计方法，利用现代化的计算方式来提高计算精度，探索更加先进的加工技术，提高电机的性能参数。
二、控制方式。永磁电机的励磁大小由永磁体决定，因此很难通过控制励磁来控制电机的转速、电压等，目前的控制技术已经可以脱离控制励磁磁场。控制算法的优化和控制方法的改进能够使该类电机更好地应用于生产和生活。
三、不可逆退磁问题。当设计或使用不当时，剧烈的机械振动或强烈的电枢反应会使永磁体产生不可逆退磁，使电机性能下降，严重时甚至无法正常工作，因此在使用永磁电机前，要对其各项性能指标进行检查，测试其是否符合工作环境的要求，以免发生退磁情况。
1.2 横向磁通永磁电机的研究现状
1.3 论文主要研究内容
本文阐述了聚磁式横向磁通永磁电机的工作原理，推导出主要尺寸计算方程，计算电机基本参数，利用有限元软件Ansoft Maxwell对该电机进行三文建模和仿真分析，对验证设计参数的正确性，分析其空载特性，进行优化处理。
第一章为绪论，主要介绍永磁电机的发展背景、永磁体的分类与优缺点分析和国内外横向磁通永磁电机的发展情况。
第二章介绍电机的主要设计步骤，包括永磁体性能介绍、横向磁通电机的运行原理介绍、主要结构确定、尺寸计算和磁路分析。
第三章对设计好的电机进行有限元仿真，建模过程分为建立几何模型、设定材料、确定边界条件、设置运动情况、剖分网格和设定求解几个部分。
第四章分析电机的空载特性，并且通过调节转子永磁体角度和定子内外齿角度来优化感应电动势波形曲线。
2 电机设计
2.1 永磁体基本特性
2.1.1 退磁曲线
永磁材料与一般磁性材料相同，可以使用磁滞回线描述永磁体反复磁化过程中，磁感应强度与磁场强度之间的基本关系