新型永磁无铁芯电机研制成功

空由于空心杯电动机克服了铁芯电动机不可逾越的技术障碍，而且其突出的特点集中在电动机的主要性能方面， 使其具备了广阔的应用领域。尤其是随着工业技术的飞速发展，对电动机的伺服特性不断提出更高的期望和要求，使 空心杯电动机在很多应用场合拥有不可替代的地位。
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空心杯电动机主要有： 1、节能特性：能量转换效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分产品可达到90%以上（铁芯电动机一般在70% ）。 2、控制特性：起动、制动迅速，响应极快，机械时间常数小于28毫秒，部分产品可以达到10毫秒以内（铁芯电动 机一般在100毫秒以上）；在推荐运行区域内的高速运转状态下，可以方便地对转速进行灵敏的调节。 3、拖动特性：运行稳定性十分可靠，转速的波动很小，作为微型电动机其转速波动能够容易的控制在2%以内。 另外，空心杯电动机的能量密度大幅度提高，与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻1/3-1/2。 应用
空心杯电动机的应用，从军事、高科技领域进入大工业和民用领域后，十多年来得到迅速的发展，尤其是在工业发 达国家，已经涉及到大部分行业和许多产品。
1、需要快速响应的随动系统。如导弹的飞行方向快速调节，高倍率光驱的随动控制，快速自动调焦，高灵敏的记 录和检测设备，工业机器人，仿生义肢等，空心杯电动机能很好地满足其技术要求。
国内工业界对空心杯电动机的卓越性能尚没有充分认识，阻碍了许多领域机电产品的技术进步，严重影响了我们与 国外同类产品的技术竞争力。国内开发的许多新产品，因电机性能不符合要求，其产品的整体水平始终与国外同类产 品存在较大差距，限制了很多产品的开发与发展，比如医疗器械、义肢、机器人、摄像机、照相机和一些特殊领域， 甚至在纺织机械、激光测量仪器等方面都存在这种现象。但是，空心杯电动机的生产，由于其工艺复杂，生产自动化 程度远不如铁芯电动机，导致其生产成本高，劳动力成本高，而且对操作者的技能水平要求高。给大规模生产带来很 多困难和限制。我国对空心杯电动机的开发研制工作已有二三十年的历史，但直到近年才得到了较快发展，不但在国 内市场替代进口产品，而且已有企业开始参与国际市场的竞争。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·46·2019年第17期文章编号：2095－6835（2019）17－0046－02海尔贝克永磁阵列磁场的仿真和实现杜世勤（上海电机学院，上海201306）摘要：随着工业自动化系统的快速发展，人们对电机驱动性能的要求提高了，拖动电机、信号电机和伺服电机被广泛使用。

电机设计的性能参数要求越来越精细，电机伺服服务的范围也越来越大，甚至已经用到了医用机器人上，效果较好。

对于永磁励磁的拟合正弦波磁场电机，仿真方面的论文较多，但实体实践并不多。

对海尔贝克永磁阵列磁场拟合永磁励磁的正弦波磁场使用Ansoft Maxwell软件仿真，并进行设计和加工制作，完成了理论仿真与实际产品的比对。

关键词：永磁励磁；正弦波磁场；Ansoft仿真；设计加工中图分类号：TM359文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2019.17.0191引言小时候看见年底池塘清淤时，在没有水泵的情况下，几十个人用肩膀担水桶，要花几天的时间，后来用上电动水泵抽水，可连续不断地抽水，把人从繁重的体力劳动中解放出来。

碾米厂使用电动机带动皮带轮生产大米，生产能力强。

笔者在大学学了电机电器专业，再到工厂上班，很多设备是电机驱动。

城市里高楼大厦林立，电梯不停运作，铁轨上动车飞驰，核心部件也是拖动电机。

电机在自动控制系统中还起着发送信号的作用。

旋转变压器可以提供导弹发射装置的位置信号，测速发电机用来取得物体的即时速度，在一些较为恶劣的使用环境中，信号电机的使用具有稳定性、可靠性。

电机伺服服务的范围也越来越大，甚至已经用到医用机器人上，效果较好。

达芬奇医疗机器人集成了高端运动控制技术，采用了马克森电机，采用稀土磁铁，在低速运行的情况下也不会有齿槽转矩存在。

无铁芯永磁伺服电机系统既要有良好的控制器，也要有性能良好的伺服电机。

具有永磁励磁的正弦波磁场伺服电机是自动化系统良好的运动执行元件，设计和制造出这样的电机是高新电机产业追求的目标。

U型无铁芯直线电机是一种新型的直线电机结构，由于它没有铁芯，因此具有较高的功率密度和较低的惯性。

U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化是其研究和应用的重要方面。

本文将从以下几个方面对U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化进行探讨。

1. U型无铁芯直线电机的结构设计U型无铁芯直线电机的结构设计包括定子、滑块、导轨等部分。

在定子方面，需要考虑绕组的布置、绕组的参数选择、绕组的绝缘等问题。

滑块的设计需要考虑其材料、表面处理、导向方式等因素。

导轨的设计则需要考虑其刚度、平整度、表面硬度等方面。

在结构设计过程中，需要充分考虑U型无铁芯直线电机的整体性能和稳定性，尽可能减小机械振动和噪声，提高运行精度和可靠性。

2. U型无铁芯直线电机的电磁场仿真优化电磁场仿真是U型无铁芯直线电机设计和优化的重要工具。

通过电磁场仿真，可以分析磁场分布、磁通密度、电磁力等参数，从而优化绕组的布置、绕组的参数、磁路的设计等方面。

电磁场仿真还可以帮助分析电机的热场分布，从而优化散热结构，提高电机的工作效率和稳定性。

电磁场仿真还可以分析电机的电磁噪声，帮助减小电机的噪声水平，提高其工作环境的舒适性。

3. 结构设计与电磁场仿真的协同优化U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真是相互关联、相互影响的。

在结构设计阶段，应充分考虑电磁场仿真的需求，为仿真分析提供准确的几何模型和材料参数；在电磁场仿真阶段，应结合结构设计的要求，对仿真结果进行综合分析和优化设计。

通过结构设计与电磁场仿真的协同优化，可以有效提高U型无铁芯直线电机的性能指标，优化其结构和工作参数，提高其整体竞争力和市场应用前景。

U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化是其研究和应用的重要方面。

本文从结构设计、电磁场仿真和协同优化等方面进行了探讨，希望对相关领域的研究人员和工程师有所启发和帮助。

在未来的工作中，还可以进一步扩展研究内容，探索更多创新性的方法和技术，推动U型无铁芯直线电机的发展和应用。

轴向磁场盘式永磁电机结构的优化设计作者：张飞剑来源：《中国科技纵横》2013年第08期【摘要】与传统永磁电机相比，轴向磁场盘式永磁电机具有无法比拟的优势。

要保证电机运行的效果及可靠性，则应先实现电机结构的优化设计。

从电机的组成部分和设计要求出发，全面、系统地对电机的结构进行优化设计，达到了较好的运行效果和经济效益，为类似电机的优化设计提供了一些方法和经验。

仅供同行参考。

【关键词】轴向磁场盘式永磁电机结构优化设计1 轴向磁场盘式永磁电机的结构特点及优势传统永磁电机的结构是将电枢绕组按照一定的规律安装在铁芯槽中，由于电机运转时齿槽效应使电磁转矩产生脉动，其转动惯性较大，动态响应速度较慢。

而且传统永磁电机中的铁芯必须使用优质硅钢片，并存在一定的铁损，尤其是电机在变频驱动高速运转时电机铁损会显著增大，在很大程度上限制了电机在高速领域的推广应用。

因此，优化设计后的轴向磁场盘式永磁电机，实现了无铁芯化、轻型化，同时提高了电机的运行效率及可靠性，适应不同转速的变化范围，能广泛应用在各种场合，尤其在对高速、安装空间有特殊要求的动力装置上。

1.1 结构简单、体积小、重量轻、维护方便众所周知，传统的永磁电机是以铁芯为中心，要实现对传统永磁电机的改进，最大限度上要克服由于铁芯带来的各种限制。

本设计对轴向磁场盘式永磁电机的结构进行优化，采用轴向磁场永磁无铁芯结构：双转子与单定子形成了双气隙，高性能的磁钢安装在磁轭上，定子（电枢）由绕组与高导热封装材料注塑成型，完全不采用铁芯材料。

该电机主要由外壳、转子、定子、风扇及附件四大部分组成，无槽无刷，结构简单，维护起来非常方便，整机的体积、重量不到传统永磁电机的二分之一。

1.2 生产工艺流程简单、生产效率高该电机由于不采用铁芯材料，省去了复杂的剪板、冲齿、去刺、绝缘处理、叠片封装等繁琐工序；定子绕组成型后采用高导热复合材料在高温高压下一次注塑封装完成，线圈密封性好，省去了传统电机制造过程中的浸漆、烘干等工序。