永磁直流电动机的磁场分布公式和特性公式<2>

本文第一部分(见本刊1980年第4期)为:(一)永磁直流电机气隙磁场分布的实验公式;(二)永磁直流电机的感应电势;(三)永磁直流电动机的直流力矩。     

基于永磁形状的BLDC永磁电机转矩分析与优化

无刷直流永磁电机因节能高效、便于使用等优势而受到广泛关注。然而,该类电机通常因空载感应电动势波形不理想而具有转矩脉动较大等问题。以24槽4极无刷直流永磁电机为例,基于气隙磁场调制理论分析了转子永磁型无刷直流电机的空载感应电动势等电磁特性,以磁场调制原理中的永磁初始磁动势源为切入点,探讨影响电机空载感应电动势波形系数的因素并揭示感应电动势形成的内在机理。首先,针对24槽4极传统转子永磁无刷直流电机的运行原理和空载气隙磁场进行分析,并根据得出的结论采取永磁体谐波削极的方式优化电机空载感应电动势波形系数,最后通过仿真验证了理论分析和优化方案的合理性。     

直驱轮毂式永磁无刷电动机气隙磁场解析数值法分析

解析数值结合法分析直驱式外转子分数槽表面磁钢永磁无刷电动机气隙磁场.将磁场求解范围划分为气隙区域和扩展槽区域,等效气隙区域磁场解析解得出槽区第一类边界条件,永磁体等效成面电流,用四边形等参元法计算扩展槽区域磁场分布.电机转子以固定角度转动,根据各槽磁场分布计算各相绕组磁链,拟合后对时间求导得到感应电势波形.将计算结果与实验结果比较,符合工程要求,证明了方法的正确性和有效性.     

永磁直流电机的气隙磁场

大多数小型永磁直流电机的磁极都不装极靴,永磁体直接面向气隙,这类永磁电机的气隙磁场分布和电磁式直流电机不同。为了准确预测气隙磁场波形及其特征系数;本文采用分离变量法直接求解磁场的拉普拉斯方程,由此得到的气隙标量位是一个级数解。永磁直流电机气隙磁场的计算极弧系数可以从标量位直接导出,并在微型计算机上算出供设计用的曲线族。数值计算表明,级数解的收敛性是可以接受的,和采用离散场模型的数值解法比较,本文所采用的解析法可以节省大量的预处理和解题时间。     

转子静态偏心对永磁电机斜槽特性的影响研究

加工工艺以及装配技术的局限导致电机定、转子轴线不能够完全重合,准确预测偏心状态下电机的性能对于精确控制电机有重要现实意义。精确计算斜槽电机性能一般需要构建三维有限元模型,而三维模型不仅建模复杂,而且求解极其耗时。针对永磁无刷直流电机端部磁场较弱的特点,采取分段直槽等效斜槽的思路,基于二维场分析模型建立了转子静态偏心、定子铁心斜槽的表贴式永磁无刷直流电机的快速仿真模型。针对样机,计算和分析了不同偏心程度下的磁场分布、齿槽转矩和空载感应电势,并分析了模型计算精度。研究结果表明:对于表贴式永磁电机,转子静态偏心仅轻微影响直槽电机性能,而定子铁心斜槽几乎能够完全消除这些影响。     

基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

不均匀halbach永磁电机气隙磁场解析法研究

提出了忽略定子开槽的不均匀每极三块halbach永磁电机模型,以主极占比例和极数为分析参数,推导了halbach永磁电机径向气隙磁场分布解析解,并用有限元软件进行了验证。应用气隙径向磁场分布解析式,得到了气隙径向磁场畸变率和基波幅值与极数、主极占比例的三维关系图,研究了不均匀程度对每极三块halbach永磁电机气隙磁场的影响。     

盘式电枢永磁直流电动机气隙磁场分析和电势计算

本文论述了求解盘式电枢永磁直流电动机气隙磁场分布的数值方法和求取每极气隙磁通和每极漏磁通的近似处理方法。分析表明,盘式电枢永磁直流电动机气隙磁场分布Bi,j与γ和θ都有关,因此其导体电势计算方法与普通电机的计算方法有所不同,并介绍了计算其导体电势的新方法。     

磁钢充磁方式对表贴式永磁电机磁场影响分析

针对永磁电机中不同充磁方式时磁场的分布和强度不同,分析了径向、平行和Halbach 3种磁体结构,建立了内转子和外转子永磁电机的有限元分析模型,对比3种充磁方式时永磁电机气隙磁场的分布特点,明确了3种充磁方式的适用场合,给出了极对数和永磁体厚度对电机气隙磁场分布影响的变化规律.结果表明;采用平行充磁的内转子永磁电机有更...     

交叉凸极转子混合励磁同步电机的结构原理与分析

讨论了一种新型交叉凸极转子混合励磁同步电机,详细论述了其结构特点及工作原理。考虑到电机的非对称结构,建立了三维有限元分析模型。通过静磁场分析得到了不同励磁作用下的磁场分布情况以及气隙磁密变化规律,利用瞬态场分析获得了电机的空载特性和功率特性曲线。有限元分析结果与理论分析一致,表明该新型混合励磁同步电机的直流励磁电流可以双向调节电机内合成气隙磁通,从而有效地调节电枢绕组感应电势。     

永磁无刷直流电机负载磁场及其电磁转矩的计算

该文在考虑齿槽影响的前提下，建立了永磁无刷电机电枢反应磁场的解析计算模型，求出永磁电机相绕组的自感和互感。在对水磁无刷直流电机空载气隙磁场和空载相绕组反电动势求解的基础上，结合永磁无刷直流电机主电路的拓扑结构，构造出电机绕组的场路耦合模型，由此计算出电机相绕组电流变化波形。在考虑齿槽影响情况下，计算出永磁电机在任意时刻的电枢反应磁场和负载气隙磁场，进而计算出永磁无刷直流电机产生的瞬时电磁转矩，以便定量分析永磁无刷电机的电磁转短被动和绕组换相引起的转矩被动，为分析永磁无刷直流电机的工作特性和振动噪声提供了可靠的依据。     

基于探测线圈永磁电机转子位置估计

针对无位置传感器中存在的受电机结构和参数影响大的问题,本文提出通过探测线圈感应电压来获取永磁电机气隙磁场转子位置的方法,有不受电机结构参数影响的优点,通用性好,在永磁电机无位置传感器控制领域应用前景良好。通过在永磁电机内部的定子齿槽上布置两套正交的探测线圈以感应气隙磁场中的基波电压,研究布置方案和探测线圈电压幅值与相位之间的关系,提出探测线圈优化布置方案,并采用基于锁相环的位置解调方法。采用一台表贴式六相永磁电机进行仿真,结果表明所提探测线圈布置方案可提升感应电势基波的信噪比,较好的抑制三次谐波,位置估计稳态误差为1.44°,具有较好的跟踪性能。     

基于探测线圈的永磁电机转子位置估计

针对无位置传感器中存在的受电机结构和参数影响大的问题,本文提出通过探测线圈感应电压来获取永磁电机气隙磁场转子位置的方法,有不受电机结构参数影响的优点,通用性好,在永磁电机无位置传感器控制领域应用前景良好。通过在永磁电机内部的定子齿槽上布置两套正交的探测线圈以感应气隙磁场中的基波电压,研究布置方案和探测线圈电压幅值与相位之间的关系,提出探测线圈优化布置方案,并采用基于锁相环的位置解调方法。采用一台表贴式六相永磁电机进行仿真,结果表明所提探测线圈布置方案可提升感应电势基波的信噪比,较好的抑制三次谐波,位置估计稳态误差为1.44°,具有较好的跟踪性能。     

计及斜槽时非导磁螺钉对永磁同步发电机性能影响的分析

采用非导磁螺钉是一种常见的永磁发电机转子表面磁钢固定方式,非导磁螺钉的存在减小了磁钢有效面积进而会影响电机内部磁场分布.为了研究非导磁螺钉对永磁电机运行性能的影响,采用时步有限元法,在计及定子斜槽条件下,对非导磁螺钉安装和绑扎式安装的表面磁钢永磁同步发电机的气隙磁密、空载感应电动势以及齿槽转矩进行了详细分析.与绑扎式固定方式相比,非导磁螺钉所在截面的气隙磁密谐波含量较明显,7次谐波含量由11.7％增加至38.8％,但电机感应电势及齿槽转矩变化不大.     

双边空心式永磁直线伺服电机的空载磁场分析

针对双边空心式永磁直线伺服电机推力波动受到气隙磁场影响的问题,研究该电机空载气隙磁场的分析求解方法。采用等效磁化强度法对双边空心式永磁直线伺服电机的气隙磁场进行求解,推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式。将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证解析法的计算结果的准确性。根据气隙磁密的解析公式,分析了3个主要尺寸——永磁体宽度τm、永磁体高度hm和气隙高度δ对空载气隙磁场的影响。分析表明,永磁体高度hm和气隙高度δ主要影响电机气隙磁场大小,对磁场谐波含量影响较小,而永磁体宽度τm对磁场的大小和谐波含量的影响都很显著。通过对永磁体宽度τm的优化设计,可以有效改善电机气隙磁场分布的正弦性,从而减小电机的推力波动。     

基于磁网络模型方波永磁电机气隙磁场的研究

对于方波无刷直流电动机来说,如何保证电机低速运行时转速的平稳是调速电机运行的难点之一,反映在设计上乃是如何有效地设计气隙磁场波形,减小定位转矩。文章针对面向气隙磁极结构的永磁电机,根据磁通管原理形成了永磁电机的等效磁网络,把细分的思想应用于永磁体模拟,建立了永磁体较为精确的网络模型,对影响方波无刷直流电动机气隙磁场及定位转矩的几个参数进行了深入探讨及磁场计算,为永磁电机的设计及动态性能仿真提供了一种有效的分析方法。     

基于磁极分块的永磁电机气隙磁场解析计算

为了简便、精确地分析偏心削极表贴磁极的永磁电机空载气隙磁场,基于永磁体等效分块处理并结合子域模型提出一种磁场解析计算方法,解决了磁极不等厚与平行充磁问题。所用方法能考虑定子开槽影响与永磁体实际磁导率,且通过求解子域模型直接得到空载气隙磁密的基波与各次谐波分量。采用有限元法直接计算气隙磁场,解析法与有限元法计算的空载气隙磁密吻合,验证了解析方法的准确性。对一台九相永磁电机样机进行实验,所测空载感应电势与解析模型计算值较吻合,验证了所用分析方法的正确性。     

一种基于神经网络的无刷直流电机模型及仿真

稀土永磁无刷直流电机气隙磁密是非线性分布的，在建模时假设为理想的正弦或梯形分布，这与实际有较大误差。本文通过分离变鞋，用人工神经网络非线性逼近的特性，对气隙磁密波形进行逼近，从而建立较为精确的无刷电机模型。在MATLAB／SIMULINK下的仿真和实验结果证明其正确性。稀土永磁无刷电机的广泛应用，对电机的控制系统和优化设计提出了新的要求。稀土永磁无刷直流电机按气隙磁场密度的分布，分为正弦无刷电机和方波无刷电机。理论计算：气隙磁密正弦分布时电机转矩波动可达0．14，而方波可以为0。对无刷电机及其控制系统建模仿真时，假设气隙磁密按正弦或梯形分布，并沿用直流电机理论推导其线性模型。事实上稀土永磁电机，受转子结构等因素影响，充磁后的气隙磁场是近似的正弦或梯形，不可能为矩形，再加上电枢反应，气隙磁密只能是非线性分布。所以传统的无刷电机模型只能反映理想正弦或方波的运行特性，与实际相差较大，时于需要高精度仿真时，该模型达不到要求。为此，本文从电路方程中分离出气隙磁密这一非线性量，通过人工神经网络进行逼近，得到含有神经网络和线性状态方程的无刷电机模型，其中气隙磁密曲线可通过实测或理论计算得到。该模型适合各类无刷电机的性能预测和控制系统仿真，精度较高。     

三种转子结构的永磁同步电机磁场比较研究

针对面贴式和内置式永磁电机的各自特点,提出一种两者混合的永磁电机转子新结构。采用有限元法建立面贴式、内置式及混合拓扑结构的永磁电机模型,计算三种结构电机的静态磁场,比较分析其等位线分布规律、一极距内气隙磁感应强度幅值分布及磁感应强度的云图分布,提出新型结构的永磁电机在气隙磁场分布上更接近正弦的结论,为此电机的设计、运行等提供理论基础。     

背绕式定子绕组高速永磁电机电磁性能分析

为分析定子结构对高速永磁电机电磁性能影响,建立二维瞬态电磁场数学模型,电机磁场分布主要采用有限元法,分析传统绕组和背绕式绕组结构时的电机磁场分布和性能变化,研究高速永磁电机背绕式定子绕组感应电势的变化及轭部漏磁场对铁心磁密分布的影响,对比分析定子槽口对电机主磁路漏磁通影响及引起各种损耗分布变化。结果显示,背绕式绕组会增加绕组感应电动势,并使定子轭部负载磁密略微降低;通过合理设计槽开口,能有效减小转子涡流损耗。