电磁仿真技术对磁路和永磁体的设计

直流电机的磁路是指主磁通从一个主极经气隙进入电枢齿，通过电枢轭到邻近极下的电枢齿，再经过气隙到邻近的不同极性的主磁极，然后通过机座轭所组成的磁通闭合路径。电磁设计均以磁路法解析法首先计算电机磁路相关尺寸等参数，根据这些参数建立和分析电机模型，通过等效磁路来推导计算公式，或以试探法找出期望的目标参数，然后以相关软件辅助修正达到设计目的。

下图为6极9槽电枢绕组可采用集中式绕组，转子铁芯包括9个齿槽，这9个齿槽成9个线圈槽用来安置线圈元件，并且每个线圈元件缠绕一个齿，线圈元件都穿过线圈槽并电连接到换向器，换向片数量设计为转子齿数的两倍（18个），每个线圈元件缠绕在对应的一个齿上，每个齿上缠绕有两个线圈元件，这两个线圈元件的4个接线端分别连接到4个换向片上，这4个换向片最好是靠近该对应的齿，以尽可能地缩短线圈元件接线端的长度。

对上图6极9槽磁路仿真结果如下：齿部磁密约为1.6T左右，通常认为该马达的磁路磁密一般为1.8T左右为合理设计，磁路其他部位也无磁密过饱和的情况。

永磁直流电机中瓦形磁钢安装在定子机壳中，与电刷形成一定的机械角度，如果磁铁安装角度发生了偏移，电机内部的磁回路也会跟着发生偏移，一定程度会影响电机的噪音和性能输出，同时也使换向功能发生偏差或混乱。

在软件中输入仿真模型，设置电枢中绕制一个线圈元件，且匝数为1匝，当电机转速为1000RPM时，电机内产生的反电动势（B-EMF）在某些相位也跟着发生了偏移。

因磁铁安装角度偏移，电机磁场发生紊乱，如下图所示，在电机内产生一个较大的单边磁拉力作用在转子上，使转子在磁场中受力不均而使电机的噪音和振动变坏，同时也影响了电机轴承和电刷的使用寿命。因此，务必在磁钢安装过程中，尽量控制好安装角度，减少偏移，有效的降低马达噪音。

通过等效磁路来推导计算公式，或以试探法找出期望的目标参数，然后以相关软件辅助修正达到设计目的。通过理论计算初步确定与磁路相关的结构和尺寸，再通过有限元仿真和实验验证的方法来检讨电磁设计的合理性，对马达的磁路及磁铁的安装设计具有一定的指导意义。