圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。     

直线压缩机用无内定子动磁式直线振荡电机的建模与分析

针对直线压缩机要求结构紧凑及力特性好的特点,提出一种新型动磁式直线振荡电机.该电机具有无需内定子、动子质量轻、加工难度小及力特性平稳等优点.在分析电机运行原理的基础上,建立了该电机的等效磁路模型,并推导了气隙磁链、电磁推力及电感的解析表达式.为验证等效磁路模型的正确性,建立了电机准二维有限元模型,并对电机气隙磁场分布及力特性进行了深入分析.实际加工了一台实验样机并进行了静态推力实验,样机测试结果、有限元分析结果和磁路分析结果较好吻合,证明了所建模型的正确性.     

双层Halbach永磁电机解析建模与优化

提出双层Halbach永磁电机的二维解析模型,模型中转子永磁包括内外两层,每层每极均由两块永磁构成,且每层中间磁块均为径向磁化。通过分区域求解标量磁位的微分方程,解析得到双层Halbach无槽电机的气隙磁场。利用卡特系数考虑齿槽作用,解析获得双层Halbach有槽电机的气隙磁场。接着,为优化气隙磁场波形,分别解析获得外层径向磁化磁块的最优极弧比和内层径向磁化磁块的最优极弧比,从而获得双层Halbach电机气隙磁场的优化解。计算结果表明,双层Halbach电机不仅气隙磁场和反电势的波形正弦度都优于单层Halbach电机,而且电磁转矩的波动更小,因此具有更好的电磁性能。二维有限元法与二维解析法计算结果一致性较好,验证了二维解析模型的正确性。     

永磁直线同步电机空载反电动势和推力的解析计算

针对目前永磁直线同步电机(PMLSM)磁场解析模型的复杂性,为了提高解析模型的计算效率,采用改进的二维气隙相对磁导函数,以计算考虑齿槽效应时电机的空载反电动势和推力.首先建立无槽PMLSM解析模型,提出改进的二维气隙相对磁导函数以解决切向气隙相对磁导分布,根据有槽PMLSM解析模型计算出电机开槽时的气隙磁通密度法向和切向分布.基于磁场解析模型得到不同极槽配合下电机的空载反电动势和推力,探讨极槽配合、不同槽宽及绕组分布对电磁参数的影响,并用有限元法证明了解析法的正确性.该文提出的方法在保证准确度的前提下,适用于整数槽、分数槽绕组PMLSM的电磁参数计算,具有求解方法简便、计算量小、通用性好的特点,有利于电机的快速电磁设计和性能优化.     

轴向充磁圆筒型永磁直线同步电机气隙磁场解析计算

介绍了一种基于许-克变换法的轴向充磁结构圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM)气隙磁场解析计算方法。首先采用许-克变换法计算出无齿槽时电机的气隙磁场;然后利用许-克变换法求取初级铁心开槽时的气隙相对比磁导函数,分析铁心开槽对气隙磁场的影响;最后通过无齿槽时的气隙磁场与有齿槽时的气隙磁场相对比磁导函数得到有齿槽时电机的气隙磁场分布。同时给出了该种充磁结构TPMLSM气隙磁场解析计算表达式,并以1台36/12极槽配合轴向充磁TPMLSM样机进行试验。试验结果证明空载气隙磁场的有限元分析值与解析值较吻合,空载电动势(EMF)计算值、试验测试值、有限元分析值一致。     

表贴式分数槽电机永磁气隙磁场矢量位半解析法

采用矢量位半解析法分析了分数槽电机的永磁气隙磁场和定位转矩。永磁体和气隙区域用解析法求解,槽形区域用差分法计算。两区域共有部分的磁场计算结果作为另一个场域的边界条件。真实反映气隙磁场的切向和径向磁密,由此可准确计算定子开槽后的定位转矩。实例计算与有限元计算较好地吻合,从而验证了该方法的正确性。     

径向充磁永磁同步电机空载气隙磁场研究

永磁同步电机气隙磁场的准确计算是研究电机各项性能的基础。通过运用等效面电流法,推导出了径向充磁永磁同步电机空载无槽时的气隙磁场强度解析计算公式,并利用卡式系数对开槽影响进行修正。利用解析法和有限元法分别对2极18槽径向充磁永磁同步电机样机的磁场强度进行了计算并对比分析,两者结果很吻合,验证了该解析法的有效性和准确性。该解析方法为径向充磁永磁同步电机的优化设计和性能研究提供了一种快捷有效的方法。     

考虑开槽的分数槽集中绕组永磁同步电机电枢反应磁场解析计算

从单个线圈产生的磁场出发,借助单元电机的概念,研究三种不同极槽配合下的单元电机电枢反应磁场的空间分布规律,由单元电机磁场分布矢量图得到单元电机电枢反应磁场的解析表达式;利用复数气隙比磁导,将开槽对电枢反应磁场的影响考虑在内;通过将解析法计算结果与有限元计算结果进行对比来验证解析表达式的准确性;并分析了不同极槽配合电机的电枢反应磁场的谐波成分和开槽对谐波成分和幅值的影响,得出定子开槽主要引起某些谐波分量幅值的变化。     

分数槽集中绕组永磁同步直线电机磁场解析计算

分数槽集中绕组永磁同步直线电机(Fractional-slot Windings Permanent Magnet Synchronous Linear Motors,FW-PMSLM)采用端部不重叠的集中绕组,具有磁阻力小、推力波动小、端部绕组短、用铜材料省、损耗小等优点,适合于长行程、高精度驱动场合。本文以15槽16极FW-PMSLM为例,考虑电枢电流分布函数和永磁体电流密度等效,建立分层解析模型。运用傅氏级数法推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式,分析FW-PMSLM电枢磁场和励磁磁场的分布。针对传统卡氏系数法在计算FW-PMSLM磁场的不足,提出采用分布卡氏系数函数来计及铁心开槽对分数槽电机磁场的影响,将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证本文所提分布卡氏系数函数法解析求解FW-PMSLM磁场的有效性。利用该方法分析不同极弧系数、不同初级齿宽以及不同气隙长度时的电机推力以及这些因素对推力解析计算精度的影响,利用不同气隙下的实验结果验证推力解析计算精度。为分数槽永磁直线电机的工程计算和优化设计提供依据。     

一种基于保角映射的考虑端部效应的准三维轴向磁通电机磁场解析模型

轴向磁通永磁电机气隙磁场三维分布不均,且在电机内、外径处端部效应明显,应建立三维磁场模型来进行电机性能分析,而三维有限元计算十分耗时,因此需建立(准)三维气隙磁场解析模型.现有的考虑端部效应的AFPMMs气隙磁场解析模型,大多基于三维FEM辅助建模或等效磁路的方法,存在耗时过多或建模精确度不高的问题.针对以上不足,建立了基于保角映射的考虑端部效应的准三维AFPMMs磁场解析模型.将AFPMMs径向-轴向平面横截面等效为具有铁磁边界的多边形面域,永磁体等效为线电流,借助保角映射法,求取电机径向-轴向平面上的磁场分布,以得到端部修正系数,从而考虑端部效应对气隙磁场分布的影响.使用该解析模型,计算了一台AFPMM的气隙磁密与空载反电动势,与三维FEM、样机实验结果进行对比,以验证该模型的准确性.相比等效磁路法,在电机内、外径处,该解析模型气隙磁密计算精确度提高了10.61％;相比三维FEM,该解析模型计算用时仅为其耗时的0.078％.     

无槽永磁直线同步电动机的稳态分析

建立无槽式永磁直线同步电动机分层解析模型,由于电机等效气隙较长、漏磁较大,采用磁化电流法等效永磁体电流密度,电枢电流按实际情况考虑。以矢量磁位作为求解变量得到励磁磁场和电枢反应磁场的二维解。在此基础上求电机的电磁参数:气隙磁密、电磁推力、电感和电势等。进一步分析气隙长度对电机磁场的影响,用有限元法验证解析结果,两种方法所得结果吻合较好,表明该解析法行之有效。     

次级对直线感应电动机性能的影响

为了研究直线感应电动机次级材料和厚度对电机性能和气隙磁密的影响,采用有限元方法,建立了电机的电磁场计算模型,研究电机的起动及运行过程.在数值计算的基础上得到电机的磁场分布,对气隙磁密进行谐波分析,得到了随着次级板厚度减小,气隙磁场增强,谐波含量较小的变化规律,并在电磁气隙不变的情况下,分析次级厚度及材料变化时对电机推力的影响,即随着次级板厚度及次级电导率减小,电机起动推力减小.实验结果验证了该电机计算模型的正确性.     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

HALBACH磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究(II)——无导磁铁心电机的对比研究及样机实验

在第I部分对比分析有铁心HALBACH磁体结构电动机和常规磁体结构电动机的基础上,对比研究两种磁体结构电动机的无铁心型式,其中包括定子无铁心和转子无铁心,并分别与有铁心电动机比较,分析了磁体厚度变化对两种磁体结构磁密分布及磁通大小的影响。最后给出样机电动机的试验结果。     

动磁式永磁直线无刷直流电机气隙磁场的解析分析

为了解动磁式永磁直线无刷直流电机内气隙磁场的分布,用解析法对电机的气隙磁场进行了数学建模.通过求解拉普拉斯方程,计算了电机内气隙磁场的二维标量磁势,进而得到了电机内气隙磁感应强度的解析式.用建立的解析模型和有限元法分别对定子表面的气隙磁感应强度进行计算,发现两者的计算结果能够很好的吻合,验证了解析模型的正确性.用解析法讨论了占空比、磁极厚度和气隙长度变化对气隙磁感应强度产生的影响,结果表明气隙磁感应强度随永磁体厚度的增加而增大,但会逐渐进入饱和;而气隙磁感应强度也会随着气隙长度的变大而减小.通过对气隙磁场的分析,为相应电机的设计提供了依据.     

转子无铁心永磁电动机的研究与设计

无铁心电动机具有效率高、噪声低等特点,引起了广大学者的关注.本文介绍了所研制的转子无铁心永磁电动机的基本结构和特点,以8极电动机为例分析了Halbach磁体结构的特点和磁场分布,得到了不同磁体结构的气陳磁密的变化情况.通过对气陳磁密的分析得到了空载主磁通计算方法,然后针对无齿槽电机的特点,提出了无槽绕组的设计方法,研究了无铁心永磁电动机的功角特性.最终给出了样机的试验结果.     

定子开槽永磁同步电机气隙比磁导解析计算

采用镜像和保角变换相结合的方法计算定子开槽永磁同步电机的气隙比磁导。以光滑转子铁磁表面为镜面,将定子开槽永磁同步电机气隙原像及其镜像作为解析模型,经过多次保角变换得到气隙比磁导解析公式。解析模型考虑了齿槽之间的影响、定子开槽对气隙磁场径向分量和切向分量的影响,解析公式可用于定子开槽永磁同步电机的励磁磁场、电枢反应磁场、电磁力和齿槽转矩。在解析模型的基础上,对某定子开槽永磁同步电机单个齿槽指定路径上和气隙区域内气隙比磁导进行求解,与有限元结果相比较,表明了所提解析方法的准确性。     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。