本文在 Ansoft Maxwell 2D v14 中建立某6p9s永磁無刷電機不同磁鋼形狀及充磁偏差模型，通過仿真波形得出了不同磁鋼形狀及充磁偏差對電機反電動勢的影響。 

引言

理論上，徑向充磁永磁體能夠產生寬度180°的方波反電動勢，但受永磁體實際形狀以及充磁不均勻的影響，實際徑向充磁永磁無刷直流電機的空載反電動勢為梯形波。由兩相導通六狀態控制方式可知，反電動勢的平頂寬度至少要達到120°。而當平頂部分寬度不夠，在方波電流的作用下將會產生電磁轉矩脈動，最終引起電機的振動和噪聲。

因此，有必要討論實際磁剛形狀及充磁偏差對反電動勢波形的影響： 理想的徑向充磁永磁體的極弧寬度接近180°，但實際上多采用平行邊切割，極弧寬度自然小于180°。另外實際永磁體多采用等徑切割，因此永磁體的徑向內側和徑向外側并不是平行的，這都會影響到實際極弧系數的大小并最終影響反電動勢勢波形。

另外，永磁體在實際充磁時會遇到許多問題，特別是徑向充磁由于對充磁頭的設計要求較高，些許偏差都會影響到實際充磁方向進而影響反電動勢波形，本文對實際充磁中可能產生的充磁中心偏移以及不均勻也進行了討論。 

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 實際永磁體形狀的影響  

受加工工藝的影響，實際永磁體采用平行邊等徑切割，即保持永磁體的兩側相平行，而刀具的切割半徑相同，只是切割中心點不同，這樣就會造成永磁體的兩個徑向面不平行。實際轉子設計時，為了給永磁體提供定位，往往會在轉子沖片上留出凸緣，這會進一步拉大兩塊永磁體的間隔，進而影響實際極弧系數。 

為了對上述討論的實際永磁體形狀的影響進行評估，以6極9槽永磁無刷電機為例，在Ansoft Maxwell 2D v14中建立建立一對極仿真模型，

永磁體部分分別采用三種永磁體

 (a)理想永磁體 (b)平行邊切割永磁體 (c)平行邊+等徑切割永磁體

可以看出理想的徑向充磁永磁體產生的空載反電動勢波形為平頂寬度接近180°的梯形波，邊沿的斜坡主要由于極間漏磁而產生。而采用平行邊等徑切割的永磁體平頂寬度明顯減少，但仍能達到150°左右，因而符合實際應用的需要。另外，考慮定位凸緣后，空載反電動勢平頂寬度進一步減小。

三種形狀永磁體反電動勢對比

實際生產過程中，如果成本允許，應當盡量選擇整體磁環，因為整體磁環更接近于理性形態下的徑向充磁永磁體。而當考慮到工藝結構時，應當使得定位凸緣的寬度盡可能的小以減小永磁體之間的間距，盡量增大極弧系數。 

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 永磁體充磁不均勻的影響  

受實際工藝水平的限制，充磁機不可能實現完全的徑向充磁，因而造成氣隙磁密平頂寬度或波形形狀與理想狀況不同，進而造成反電動勢波形的畸變從而引起轉矩脈動。因此有必要對實際充磁不均勻進行研究。實際充磁過程中，不均勻的地方主要體現在兩側，即上圖中最兩遍的兩塊永磁體，其不均勻性主要可以看出，兩者反電動勢的平頂寬度大致一樣，但是平頂的形狀不同，不均勻充磁以后反電動勢平頂部分出現了凹陷，凹陷的幅度與充磁不均勻的程度有關。若采用方波電流控制，則該凹陷會引入不小的轉矩脈動，因而實際加工時因仔細設計充磁頭，避免出現該充磁不均勻情況。

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 永磁體充磁中心點偏移的影響  

與充磁不均勻問題一樣，實際工藝中影響永磁體性能的另一大因素是充磁中心的偏移，充磁中心的偏移可以使得永磁體充磁方向更加發散或聚攏，因而不利于形成平頂寬度120°的方波反電動勢。而實際應用中最容易發生的是充磁中心向徑向外側偏移，因此本文專門對其建模討論。

永磁體充磁中心偏移示意

可以看出，充磁中心偏移會使得平頂寬度減少，反電動勢幅值降低，偏移的越多，反電動勢降低的越大，平頂寬度也減少越多。因此實際設計充磁頭時應盡量避免出現充磁中心偏移造成的永磁體利用率降低。

結論從以上仿真結果可以看出，永磁的實際形狀的與理想形狀之間的差異以及充磁偏差都會帶來仿真結果與理想模型間較大的差異，因而實際應該用過程中應當選擇盡可能寬的永磁體寬度(如磁環)以及謹慎設計充磁頭形狀，以達到最大永磁體利用率并降低轉矩脈動的目的。