针对现有的飞轮用无刷直流电机气隙磁密均匀性差、刚度低、功耗高等缺陷,提出一种双圈磁钢结构无刷直流电机方案,并基于现有磁悬浮飞轮结构进行了电机总体结构设计,通过等效面电流法与数值分析法分别对其气隙磁密进行了数学建模与磁场仿真分析,二者分析结果相对误差基本低于5%,验证了双圈磁钢结构无刷直流电机方案设计的合理性。采用有限元软件对双圈磁钢无刷直流电机与传统两种单圈磁钢电机方案进行对比分析,其结果表明,双圈磁钢方案的等效气隙磁密分别提高了57.1%和27.9%,径向气隙磁密最大值分别提高了61%和37.5%,且磁密均匀性明显提高,该结构为无刷直流电机性能的提升提供了新的方案支持。

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构