如何设计电机的永磁体？哪些参数需要考虑？

永磁体设计的基本问题围绕着估算磁路中的磁通量分布，磁路可能包括永磁体、气隙、高磁导率传导元件和电流。磁场的精确解需要对许多因素进行复杂的分析，尽管基于某些简化假设，近似解是可能的，获得最佳磁铁设计通常需要经验和权衡。随着磁铁使用量的增加，装置的性能提高，但成本增加，因此，需要使用适当的磁铁。

有限元分析

有限元分析（FEA）建模程序用于分析磁性问题，以获得更精确的解决方案，然后可以根据磁铁结构的原型进行测试和微调，使用FEA模型可以计算通量密度、扭矩和力，结果可以以各种形式输出，包括矢量磁势图、磁通密度图和磁通路径图。

B-H曲线

磁铁设计的基础是B-H曲线或磁滞回线，它表征了每种磁铁材料的特性。该曲线描述了磁铁在闭合电路中的循环，当磁铁达到饱和、退磁、在相反方向饱和，然后在外部磁场的影响下再次退磁时。B-H曲线的第二象限，通常称为“退磁曲线”，描述了实际使用永磁体的条件。如果气隙尺寸固定且任何相邻磁场保持不变，则永磁体将具有唯一的静态工作点。否则，工作点将围绕退磁曲线移动，在电机设计中必须考虑退磁曲线的方式。

B-H曲线的三个最重要的特征是它与B轴和H轴相交的点（分别在Br-残余感应力和Hc-矫顽力处），以及B和H的乘积最大的点（BHmax-最大能量乘积）。Br表示磁铁在闭路条件下能够产生的最大磁通量。在实际有用的设计中，永磁体只能接近这一点，Hc表示磁铁在外加磁场影响下退磁的点。BHmax表示B和H的乘积以及进入磁铁周围气隙的磁场能量密度达到最大值的点，这个产品越高，磁铁的体积就越小，设计还应考虑B-H曲线随温度的变化。

绘制B-H曲线时，通过测量磁铁中的总磁通量（φ），然后将其除以磁极面积（A）来获得磁通密度（B=φ/A），从而获得B值。总磁通量由磁化场（H）在磁体中产生的磁通量和磁畴定向导致的磁体材料产生更多磁通的固有能力组成。因此，磁铁的磁通密度由两部分组成，一部分等于施加的H，另一部分由铁磁材料产生磁通的固有能力产生。

本征磁通密度用符号Bj表示，其中总磁通B=H Bj，或Bj=B-H。在正常工作条件下，不存在外部磁化场，磁铁在第二象限工作，其中H为负值。尽管严格为负数，但H通常被称为正数，因此，在正常实践中，Bj=B H，可以绘制固有曲线和正常的B-H曲线。本征曲线与H轴相交的点是本征矫顽力，并给出符号Hcj，高Hcj值是磁性材料固有稳定性的指标。法向曲线可以从本征曲线导出，反之亦然。在实践中，如果磁铁在没有外部磁场的情况下以静态方式运行，则正常曲线足以满足设计目的，当存在外场时，法线和本征曲线用于确定材料本征特性的变化。

结论

对于初始设计，使用每转子体积转矩法选择转子尺寸，并根据定子铁芯的饱和度选择定子尺寸。此外，还进行了快速傅立叶变换分析，以确定合适的磁体厚度点，并证实开路和电枢反应磁通密度与有限元分析结果一致。基于分析方法，推导了电机电路常数（相电阻、反电势和电感）以构造等效电路，通过将等效电路法应用于导出的电路常数，将有限元结果与实验结果进行比较，验证了等效电路法的准确性。