内置式永磁同步电机磁体涡流损耗研究

采用气隙磁位分布函数作为边界条件取代定子磁场,建立计及磁路饱和及齿槽效应影响的永磁同步电机磁体涡流损耗计算的二维有限元模型。对内置式钕铁硼永磁同步电机各次谐波磁场引起的永磁体涡流损耗进行分析计算。结果显示:磁路饱和对涡流损耗的影响很大,各次谐波中具有一阶齿谐波特征次数的谐波磁场是引起永磁体涡流损耗的主要因素。     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

基于CE-FEA和小信号分析快速计算逆变器供电下聚磁式场调制电机中永磁体涡流损耗

提出一种结合高效有限元法、频域小信号分析和矩形永磁体涡流损耗解析计算模型,快速计算电压源型逆变器供电下聚磁式场调制永磁电机中永磁体涡流损耗的方法。基于高效有限元法,仅需进行一步静态有限元计算即可构建出永磁体中主要低频交变磁通密度分量。基于小信号分析,仅需进行四步时谐有限元计算即可获得脉宽调制电压谐波与永磁体中高频交变磁通密度之间的关系。进而结合解析计算模型实现永磁体涡流损耗的快速计算。所提方法考虑了轴向分段和高频涡流反应对永磁体涡流损耗的影响。与传统时步有限元法相比,所提方法的低频谐波损耗计算相对误差小于4%,脉宽调制谐波损耗计算相对误差小于8.4%,计算速度提高了数百倍以上。     

一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的解析计算方法

针对3D有限元软件计算永磁电机永磁体涡流损耗耗时长,永磁体涡流损耗精确解析模型复杂,参数变量间对应关系不明晰等问题,采用槽口位置的局部解析建模方法,重新建立坐标系,研究与槽口位置对应的永磁体内磁密变化规律,并对磁密波形进行简化分析,提出一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的简化解析计算模型,该方法可直观反映出永磁体涡流损耗的主要影响因素,且计算耗时短。利用3D有限元和实验结果对该简化解析模型计算结果进行验证。基于该简化解析模型分析得出影响槽口位置永磁体磁密变化的主要因素为槽口宽度与等效气隙长度之比和槽口宽度与定子齿距之比,进而研究了主要影响因素对气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的影响规律,并提出相应的参数优化方法。结果显示,优化后样机永磁体涡流损耗降低了90. 2%,损耗抑制效果十分明显。     

计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法

针对提高永磁电机温升计算准确性的问题,提出一种计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法。依据温度对电机内各材料属性有所影响,且永磁体涡流损耗有其特有的分布特性的事实,提出并采用计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法,以一台10 k W变频驱动永磁同步电动机为例进行实例计算,与普通未计及永磁体涡流损耗分布特性、没有使用实时热计算方法的温升计算方法对比,经在线温升测量,验证了计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法能有效提高温升计算的准确性,可使计算结果与实验结果之间的误差缩小到0.5%之内。     

基于相似原理的脉宽调制电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法

提出一种基于相似原理的脉宽调制(PWM)电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法,将PWM高频谐波涡流问题变换为降频涡流问题,从而减少时步有限元分析的计算步数并缩短计算时间。在以往相似方法基础上,进一步考虑了铁心磁饱和,并保持了基波电压、频率以及电机转速不变。以相似问题和原问题中磁场高频成分具有相同透入深度为条件,通过理论解析法分析两者在电机电流、电机电磁场和永磁体涡流损耗上的相似关系。以一台定子齿部存在磁饱和的表贴式永磁电机为例,将相似方法与传统时步有限元法进行比较验证,结果表明定子电流高频谐波相差不大于6.6%,在相似比为4时,永磁体涡流损耗相差-4.75%,计算用时仅为传统有限元法的1/5。通过测量线圈中放置金属块后线圈的阻抗变化以及测量电机永磁体的温升,分别对相似方法及其涡流损耗计算结果进行了物理验证。     

考虑涡流反作用的永磁体涡流损耗解析计算

推导了一种新型表面式无金属护套永磁同步电机永磁体涡流损耗解析模型,该模型同时考虑涡流反作用、开槽引起的磁导谐波和涡流分布不均匀三种因素,可以计算任意定子电流波形的表面式无金属护套永磁同步电机的永磁体涡流损耗,并能分析任意次数时空谐波产生的永磁体涡流损耗。采用所推导的解析模型研究影响永磁体涡流损耗的因素,包括调制比、载波比和气隙长度。调制比和载波比的增加减小了电流时间谐波幅值二次方和,因此降低了永磁体涡流损耗;气隙长度的增加,由于削弱了谐波电枢反应而降低了永磁体涡流损耗。通过对电机的实验分析和有限元仿真,验证了解析计算的正确性和规律的适用性。     

定子无磁轭模块化轴向永磁电机磁极表面开槽分析

在永磁电机设计中,永磁体(PM)作为励磁磁源,直接影响电机性能。由于定子电流时间谐波和气隙磁场中高次空间谐波的存在,永磁体内产生的涡流损耗不容忽视,极易导致永磁体过热或不可恢复性退磁。本文提出一种减小定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗的方法,以一台10极、12槽、20k W的轴向永磁电机为例,通过对永磁体表面开槽深度、开槽方式及开槽数目的研究,利用解析法和三维有限元仿真分析不同开槽结构的永磁体涡流损耗,推导出永磁体涡流损耗等解析式。并对比带额定负载时气隙磁通密度,合理选择永磁体表面开槽方式及开槽数目。     

基于三维时步有限元的永磁体涡流损耗分析

钕铁硼永磁材料具有较大的电导率,即使电机额定转速较低时,依然能在电机永磁体中产生较大的涡流损耗,影响电机性能,因此有必要对低速大转矩永磁同步电机永磁体涡流损耗进行研究。设计5台不同极槽配合的低速大转矩表贴式永磁同步电机,采用三维时步有限元法计算5台电机的永磁体涡流损耗。针对不同极槽配合电机气隙磁密分数次谐波含量对永磁体涡流损耗的影响进行分析。结果显示,分数次谐波含量越大永磁体涡流损耗越大。     

脉宽调制电压激励下电机永磁体涡流有限元计算的比拟等效方法

永磁体涡流损耗计算是永磁电机热分析的关键问题之一。运用电机学基本理论与电磁场解析法提出一种比拟方法,使得高脉宽调制开关频率下的永磁体涡流问题可以用低开关频率模型进行比拟。在相同过渡过程时间内,比拟模型可以减少时步有限元法的计算步数,使永磁体涡流有限元分析的时间得以缩短。以表贴式永磁电机为例,对所提出的比拟等效方法用有限元算例进行检验,比拟比例取为3。计算结果表明,比拟等效模型的计算时间减少到原问题的1/4以下,比拟等效模型与原问题电机电流谐波幅值相对误差小于2.36%,永磁体涡流损耗相对误差小于0.48%。     

永磁球形电动机永磁体涡流损耗分析

永磁球形电动机的磁极呈球面锥体结构,各定子线圈相互独立分布于定子球壳内表面,针对这些特性,提出了一种计算永磁球形电动机永磁体涡流损耗的三维解析模型。该模型将双重傅里叶级数法与矢量磁位解析法相结合,首先利用双重傅里叶级数法求得定子内径处电流密度分布,继而将其作为边界条件,借助三维拉普拉斯方程,获得了矢量磁位的特解,最后推导得到了永磁球形电动机永磁体涡流损耗的解析表达式。该模型充分考虑到了时间谐波与空间谐波对涡流损耗的影响,并分析了不同的电机结构参数对永磁体涡流损耗的影响。将解析法与有限元法所得结果进行了比较,结果一致,证明了该解析模型的有效性。     

双C型定子横向磁通永磁电机的优化设计

介绍了一种新型横向磁通永磁电机的工作原理,并分析了电机的结构特点。通过Maxwell软件建立该横向磁通永磁电机的三维有限元模型,并对电机在运行状态下的电磁分布进行仿真,计算永磁体涡流损耗平均值。仿真结果显示,定子与转子间气隙存在明显的漏磁现象,对定子形状进行改进来减小漏磁,并通过计算表明,改进后电磁转矩增大了27. 3%;对永磁体涡流损耗进行了分析,提出在转子内侧添加铜层来减小永磁体涡流损耗的方法,并通过设置变量计算出该方案的最佳铜层厚度。     

永磁同步电机永磁体涡流损耗的二维有限元估算

二维有限元方法具有计算速度快,精度高,结果收敛快并且波动小的优点。永磁同步电机,特别是高速和大功率电机的永磁体涡流损耗不可忽略,而永磁体允许温升有限,高温容易引起退磁。在电机设计时考虑永磁体的温升十分重要。本文采用二维有限元方法来估算三维条件下的永磁体涡流损耗,并提出一种估算的方法。以普瑞斯04电动汽车电机为例,仿真结果表明此方法实用有效。     

PWM逆变器供电下非晶永磁电机的损耗分析

为了研究PWM逆变器供电情况下,非晶永磁电机损耗的分布规律,本文分析了考虑加工影响的非晶电机定子铁心损耗的计算方法以及考虑磁导谐波、磁动势谐波和载波谐波的永磁体涡流损耗分离方法。利用有限元方法分析了一台表贴式非晶永磁电机在PWM逆变器供电情况下的损耗分布规律。结果显示,由载波谐波引起的损耗是该电机最主要的损耗分量,约占总损耗的66.0%。     

直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算

永磁同步电机永磁磁动势和电枢反应磁动势作用于磁路在气隙处除产生基波磁场外,还产生各种谐波磁场.气隙处各种谐波磁场相对于永磁体转速不同,相对转速不为零的谐波磁场会在永磁体内部感应出电场产生涡流损耗,引起永磁体发热甚至去磁.从产生涡流损耗原因入手,在二维直角坐标系下建立电磁场方程,得出了永磁体涡流损耗的解析解,并分析涡流损耗与电机参数的关系.对一种直驱式表贴永磁同步风力发电机进行了解析计算,并利用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明此方法可行.     

新型外转子低速直驱永磁游标电机的损耗

对一种新型自增速永磁游标电机的损耗情况进行了分析,重点分析了永磁体和铝壳中的损耗。在电磁损耗计算中采用二维时步有限元法,阐明了采用二维有限元法计算永磁体中涡流损耗的原理和注意事项,并通过三维有限元法检验了二维有限元计算永磁体涡流损耗的误差。分析了铝壳损耗的主要影响因素以及减小方法。空载计算损耗与实测损耗基本一致,验证了损耗计算方法的正确性。最后研究了不同负载情况下损耗的变化情况,以及温度对损耗的影响。     

横向磁通永磁直线电机损耗的研究

针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.     

永磁体涡流损耗的分析

表面式永磁电机永磁体直接与气隙接触,变频供电时产生的较大含量谐波将在永磁体内产生一定的涡流损耗,且由于转子散热较差,将导致永磁体温升较高,容易造成永磁体发生不可逆去磁风险。因此对永磁体涡流损耗的研究有其必要性与重要性。文中针对影响永磁体涡流损耗较大的气隙长度、定子槽口宽度、气隙长度与槽口宽度的配合、永磁体削角等进行分析,通过合理选择电机结构尺寸来降低永磁体涡流损耗,并利用三维有限元法与解析法验证计算规律的正确性。     

减小无刷直流电动机永磁体涡流损耗的设计

研究了无刷直流电动机永磁体内涡流损耗产生原因及减小方法。建立了10极/12槽电机的有限元仿真模型,在二维及三维场中对永磁体涡流损耗产生因素及分布特性进行分析,分别对定子和转子进行结构优化设计,介绍了可行的、易于实现的减小永磁体涡流损耗的办法。     

基于SVPWM的时间谐波对永磁电机损耗的影响

针对在变频器驱动永磁电机因时间谐波引起的附加谐波损耗大小及分布问题,对基于SVPWM变频器电路输出的电流波形,采用傅里叶计算方法,分析不同变频器参数下的各次电流时间谐波分布规律及波形畸变程度,与SPWM对比发现SVPWM优化谐波程度高,且直流母线电压利用率较优。以一台5kW、3000r/min表面式永磁同步电动机为例,运用场路耦合联合仿真方法,研究附加谐波损耗在永磁电机中的分布特性,计算电机定子铁心各区域的磁通密度变化情况,附加谐波损耗以永磁体涡流损耗为主,其次集中于定子齿顶。参考电机损耗计算的国家标准搭建样机试验平台,通过有限元计算与试验结果的对比分析,校核附加谐波损耗计算结果。