表贴式轴向磁通永磁电机齿顶漏磁的分析计算

分数槽绕组轴向磁通永磁(AFPM)电机的齿顶漏磁较大。在利用等效磁路计算程序调试电机设计方案时,需要准确计算漏磁系数,而准确计算漏磁系数的前提是准确计算齿顶漏磁系数。根据轴向磁通永磁电机磁通路径的分布特点,针对定子齿和磁极不同的相对位置,给出了不同位置角时的齿顶漏磁解析公式。为了验证解析公式的正确性,以一台电机的设计方案为例,采用解析法和有限元法分别计算漏磁系数,结果表明解析计算结果和有限元计算结果具有较好的一致性。最后给出了齿顶漏磁与电机极数之间的关系,为电机设计和优化提供了参考。     

盘式电机气隙漏磁与空载气隙磁密的解析计算

针对在盘式永磁电机的初始分析与优化设计阶段,使用有限元方法计算漏磁系数与气隙磁密时需要耗费大量的建模及计算时间这一问题,对该种电机的磁路进行了分析,建立了该种电机的等效磁网络模型,并计算出模型中的各种等效磁阻,得到了该种电机漏磁系数的解析表达式.利用二分法优化计算,求出该种电机气隙磁场端部效应修正函数,端部效应修正函数适用于不同尺寸、不同极槽配合、不同结构类型的轴向磁场盘式永磁电机.解析计算出该种电机24个槽距下的相对气隙磁导函数,并在平均半径处建立了考虑齿槽效应的空载气隙磁密解析模型.最后,将解析计算结果与有限元仿真的结果进行对比,数据吻合度高,验证了等效磁网络模型与空载气隙磁密解析模型的正确性.     

不等厚磁极永磁电机解析法分析

采用等效面电流的解析法求解不等厚磁极永磁电机的性能。推导在内弧偏心情形下,径向磁化和平行磁化无槽永磁电机的气隙磁密解析式;引入相对磁导函数,求解有槽电机的气隙磁密,进一步得到电机的反电动势以及电磁转矩等参数。对一台不等厚磁极永磁电机,给出了解析法计算结果。通过有限元法验证了该解析法的正确性。     

不等齿宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机转矩的方法

在一些特殊的低速直接驱动应用场合,要求电机要有较高的转矩密度.传统等齿宽近极槽永磁同步电机的齿槽结构约束磁负荷和线负荷的关系,成为其实现高转矩密度的瓶颈.为提高近极槽永磁同步电动机的转矩输出能力,采用交替不等齿宽和齿顶宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.通过分析多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的电路和磁路结构,推导了电枢齿齿磁通的解析表达式,揭示了交替不等齿宽提高电机转矩的本质.最后利用Ansoft有限元仿真软件分析了96槽80极外转子永磁同步电动机在不同齿宽时的转矩,以及电枢齿和辅助齿的齿磁密.结果表明,采用交替不等齿宽和齿顶宽降低了电机定子齿的饱和度,大幅度提高了隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.     

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。     

组合磁极结构的永磁电机解析法建模与分析

磁极结构直接影响永磁电机气隙磁场的分布。提出一种组合双层Halbach阵列结构。利用叠加原理,采用标量磁位法对该结构电机中的气隙磁场进行了解析计算。同时,对于有齿尖结构的定子槽,通过改进的卡特系数对气隙长度进行等效。为了比较,同时分析得到了单层Halbach结构气隙磁密的最优值。在此基础上,通过改变双层结构磁极上下层的厚度比、上下层中间磁极极弧系数以及边磁磁化角度等参数变量,分析优化电机的气隙磁密,并计算优化后的双层结构永磁电机的气隙磁密、感应电动势和电磁转矩。计算结果表明,在永磁用量相等的前提下,双层Halbach结构永磁电机的电磁性能优于单层结构。最后,通过有限元法验证了解析计算的正确性。     

表面式永磁电机齿槽转矩解析模型比较

高效率、高转矩密度特性使得永磁电机的应用越来越广泛,然而永磁电机的齿槽转矩却降低了电机的性能。根据对槽漏磁导(是否考虑槽漏磁)、空载气隙磁密(是否考虑永磁体之间的漏磁、是否考虑圆周曲率)的不同处理和采用不同的计算方法(能量法、齿壁受力),给出了齿槽转矩的六种解析模型,并进行了比较。根据模型,得到了三种槽数/极数(18/24、9/8、24/16)电机的齿槽转矩的波形、使齿槽转矩最小化的优化极弧系数和优化槽开口,并与有限元(FEA)进行了比较。结果表明计及槽漏磁和永磁体间的漏磁大大提高了模型的精确度,而根据齿壁受力计算得到的齿槽转矩比能量法得到的齿槽转矩更加精确。     

三相异步电动机极数和磁密的图算法

由这组公式,作者设计了一张计算图(见图)。当已知定子的齿部平均宽度b_T、轭部高h_C和定子槽数Q_1时,即可从计算图中近似地确定电机的极数P、轭部磁密B_C和齿部磁密B_T,由此,容易算出无铭牌空壳电机重绕时的定子绕组匝数。     

分数槽切向磁路永磁电机齿顶漏磁分析

分数槽切向磁路永磁电机齿顶漏磁通对电机的波纹转矩、平均电磁转矩等性能产生较大影响。通过建立一个极下齿顶漏磁随定、转子相对位置变化的分析模型,研究齿顶漏磁的存在规律,得到一种新的齿顶漏磁计算方法。该方法引入单元电机齿顶漏磁概念,分析单元电机各磁极间齿顶漏磁通的关系,通过绘制齿顶漏磁曲线获得齿顶漏磁值。用有限元法仿真验证该模型的准确性。该方法计算简单,具有较好的计算精度和工作效率,为减少齿顶漏磁提供了简便算法。     

多极少槽永磁同步电动机齿顶漏磁的计算与分析

多极少槽永磁同步电动机其磁场分布比较复杂,不仅存在传统意义上的极间漏磁和端部漏磁,还包括齿顶漏磁,因此准确计算该类电机的漏磁因数非常重要。本文应用Ansoft软件对多极少槽电动机的磁场进行模拟,得出了齿顶漏磁的分布情况,总结出了含有齿顶漏磁的永磁同步电动机漏磁因数的计算方法,计算结果与试验值比较吻合。     

表面埋入式永磁电机磁场解析

准确计算永磁电机的气隙磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。该文在二维极坐标平面内建立表面埋入式永磁电机的精确子域解析模型,求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和转子槽子域,根据分离变量法求解各子域的矢量磁位通解,并利用各子域之间的边界条件得出相关谐波系数。模型考虑了普通/交替极转子结构,永磁体径向/平行充磁方式,隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。以一台40极48槽交替极转子结构永磁电机为例,将气隙磁密波形的解析计算结果与二维有限元结果相比较,验证了解析模型的准确性。     

基于定子齿削角的近极槽永磁同步电机振动噪声削弱方法

对于近极槽永磁同步电机而言,其振动噪声特性具有许多的特殊性。本文首先分析了分数槽永磁同步电机在定子齿削角时永磁体产生的气隙磁通密度分布表达式,然后利用所推导的解析表达式计算了在不同齿削角度情况下的各次谐波幅值,最后分别应用有限元法与解析公式计算分析了齿削角方法对电机振动噪声所带来的影响。结果表明,对定子应用齿削角的方法可有效降低近极槽表贴式永磁同步电机的振动噪声。     

应用类比法简化电机绕组重绕计算

三相异步电动机绕组重绕计算,其计算方法大致是:(1)根据定子铁心尺寸,判断电机极对数或转速;(2)选取一定的气隙磁密,验算齿部、轭部磁密;(3)根据选定的气隙磁密计算绕组匝数;(4)依据此匝数、槽面积、槽满率计算导线截面积、直径;(5)选取一定的电流密度,并验证线负荷;(6)确定电机额定功率。这种传统的计算方法显然很烦琐,本文着重介绍如何应用类比法简化计算过程。     

混合永磁记忆电机特性分析和实验研究

提出一种混合永磁可变磁通记忆电机,研究了永磁体不同磁化状态下的静态特性。基于有限元法,对施加不同去磁电流时的电机磁场分布进行了分析,并观察永磁体内的磁密变化,计算了不同永磁磁化状态下的气隙磁密、永磁磁链、反电动势及每极气隙磁通等电机主要参数。制作一台样机,并进行实验研究,实验结果与有限元计算结果吻合较好。研究表明,永磁体的充磁比去磁要困难,当磁化电流为2倍的定子额定电流时,能将磁体去磁90％,而仅能充磁到饱和时的30％：与基本结构记忆电机相比,该混合永磁记忆电机具有更高的气隙磁密。该类电机在宽调速驱动系统中具有应用前景。     

基于有限元法的内置式永磁同步电机电磁振动多物理场耦合研究

由于永磁同步电机的定子齿与转子磁极之间存在较强的电磁力,当转子旋转时会引起定子振动向外产生辐射噪声。本文以一台4极27槽的内置式永磁同步电机(IPMSM)为例,利用有限元法对该电机的主要径向力波和气隙磁密进行了计算和分析,在此基础上,对该电机的振动和噪声进行了耦合仿真,最后针对电机的振动噪声问题,提出采用定子斜槽来削弱齿槽转矩,从而减小振动噪声,提高电机整体性能。     

近极槽数永磁无刷直流轮毂电机齿顶漏磁优化

近极槽数永磁无刷直流轮毂电机的齿顶漏磁较大,严重影响着电机的力能指标。降低近极槽数轮毂电机齿顶漏磁对于提高电机性能有十分重要的作用。优化齿顶漏磁常用的方法是改变电机的极槽配比、极弧系数等,然而这些方法会受到电机设计要求、材料利用率以及空间利用率等因素的限制。在这些方法基础上,基于均匀气隙直流电机气隙磁场模型,分析电机定子齿顶冠部对齿顶漏磁以及电机损耗的影响,并基于一70极63槽三相无刷永磁轮毂电机样机参数,通过Ansoft软件RM、Maxwell 2D进行验证。在此基础上提出一种新的定子硅钢片叠压方式,以减弱近极槽数轮毂电机齿顶漏磁,降低电机漏磁系数,进而为电机优化提供一种新的优化方法并用Maxwell 3D验证其可行性。     

背绕式定子绕组高速永磁电机三维端部区域电磁场分析与计算

以一台117kW、60000r/min背绕式定子绕组的高速永磁同步发电机为例,建立电机三维电磁场全域数学模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件;采用有限元法,计算了电机空载及额定负载状态下端部区域的磁密分布,并与部分实测数据进行了对比。同时,以气隙磁密为主要研究对象,定量分析气隙磁密在端部区域的变化情况,然后对发电机端面附近区域的转子护套、气隙、定子齿顶及定子轭部磁密径向分量和轴向分量进行分析,给出了磁密径向分量和轴向分量沿电机轴向的变化曲线。最后,对高速永磁同步发电机不同转速下背绕式定子绕组端部漏磁场进行计算,研究端部漏磁随转速的变化关系。得到了一些有益的结论,为深入研究高速永磁电机提供了理论依据。     

极靴式永磁同步电机径向气隙磁密分析

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差,加工复杂结构的永磁钢导致电机成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装极靴的新型磁极结构。以标量磁位法为基础,建立了加装极靴后的空载径向气隙磁密解析模型,以一台18极54槽外转子永磁电机为例,通过有限元法验证了解析模型的正确性。此外,基于解析模型研究极靴结构参数对径向气隙磁密的影响规律,获得最优参数匹配。结果表明,加装极靴的永磁同步电机径向磁密幅值和波形正弦化程度明显提高。     

近极槽数表贴式永磁同步电机齿顶漏磁分析与计算

近极槽数表贴式永磁同步电机的齿顶漏磁比较大,凭传统经验选取齿顶漏磁系数,再利用有限元软件仿真的方法延长了电机设计周期,即齿顶漏磁的快速、准确计算十分必要。根据半单元电机内每个齿的齿顶漏磁各自不同的特点,提出了平均每极齿顶漏磁的计算方法。将半单元电机内的所有齿的齿顶漏磁规算到每个磁极下,推导出了平均每极齿顶漏磁和齿顶漏磁系数的解析表达式。在此基础上进一步研究了电机极数和极弧系数的变化对齿顶漏磁系数的影响。平均每极齿顶漏磁解析法计算结果与有限元软件仿真结果一致,验证了平均每极齿顶漏磁计算方法的正确性和准确性。     

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.