一种特殊结构永磁摆动电机的设计
摘 要：研究了一种用于主动防护、光学成像等系统的一种永磁摆动电机的设计方法，其特点是永磁体切向充磁。以经典磁路计算方法，推导计算了反电势、力矩、电枢电感等电机特有参数。仿真结果表明在电机工作摆动范围内反电势与力矩波形均为平顶波，并得出了各参数的运算公式。用Maxwell2D软件进行有限元建模仿真分析，验证了各项磁路计算公式。该摆动电机功率密度较高，可靠性高，控制方式简单。
关键词：永磁 摆动电机 切向充磁 有限元分析
中图分类号：TM359.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0001-03
永磁摆动电机是一种微型直驱伺服电机。由于该电机转子上没有绕组，因此具有结构简单，转子转动惯量较小的特点，能承受较大的角加速度。在一定角度范围内，可以实现高速往复运动，并且具有准确定位的能力。由该电机组成的角度伺服系统具有输出力矩大、响应频带宽、定位精度高、功率密度高等特点。在国外该电机已被广泛应用于雷达、光学观瞄成像系统中导引头用于直接驱动天线阵面或者反光镜，将雷达波或者激光束按一定规律形成扫描阵面。[1]
这种电机的较为独特之处在于巧妙利用了两块切向充磁的高性能稀土永磁体形成永磁激磁磁路。国内对于这种结构的稀土永磁有限转角力矩电机的参数计算、结构设计等方面的研究比较少。本文针对这种结构的电动机，依据电磁场理论，推导出电磁转矩、反电势、绕组电感的计算公式，最后采用大型有限元仿真软件Ansoft的Maxwell2D模块，对电机本体进行有限元仿真建模分析计算，对磁路法设计计算结果进行验证。
1 电机基本结构设计
1.1 基本结构
电机为单极型结构，定子与普通直流电机相比，轭部多出了两块永磁体，永磁体充磁方向为同向充磁。转子为凸极结构，无绕组与永磁体。整体结构如图1所示。
1.2 工作原理
当电枢电流为零时，转子会在永磁体激磁磁场作用下，停留在中轴平衡位置。当电枢产生电流时，由永磁体激磁和绕组电流励磁产生合成磁场，使得原先磁场发生畸变。转子发生偏转，趋向新的平衡位置。此位置即磁路磁阻最小位置[2]。永磁体激磁方向与绕组电流励磁方向共同决定转子偏转方向。
电机在控制信号下，可迅速定位到给定角度位置，也可按周期来回摆动，达到扫描成像的目的。（见图1）
2 电机基本参数计算
2.1 磁通计算
2.1.1 永磁体激磁磁通计算
当定子绕组无电流通过时，电机内...
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