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.     

模块化永磁直线游标电机等效磁网络及漏磁分析

在模块化永磁直线游标电机的初始设计及优化设计中,使用有限元方法(FEM)计算漏磁系数时需要耗费大量的建模和计算时间。针对这一问题,建立该种电机的等效磁网络模型,在建模期间,考虑气隙中的边缘效应,并计算永磁体组与定子齿在不同相对位置时的等效磁导,得到该种电机在一个周期内不同相对位置时的漏磁磁导和漏磁系数的数学解析表达式。采用FEM验证了该数学解析表达式的准确性。研究结果为模块化永磁直线游标电机的设计提供了理论依据。     

聚磁式横向磁通永磁直线电机的变磁导等效磁网络

针对传统横向磁通永磁直线电机空间利用率低的问题,提出一种动子三面墙聚磁式结构的新型横向磁通永磁直线电机,该电机具有高推力密度和高可靠性的特点。首先,介绍横向磁通永磁直线电机(TFPM)的基本结构和工作原理;其次,通过分析在定子和动子不同位置时电机的磁力线分布情况,依次建立等效气隙磁导模型,凸极平面结构等效磁路模型和完整的变磁导等效磁网络模型;最后,将变磁导等效磁网络模型与三维有限元模型的磁链结果进行对比分析,并搭建样机的实验平台,将变磁导等效磁网络模型与有限元模型及样机空载实验的反电势(EMF)计算结果进行对比分析,验证了变磁导等效磁网络模型的结果与有限元分析结果具有良好的一致性,进而证明变磁导等效磁网络模型的正确性。     

磁通切换型永磁电机非线性磁网络分析

提出了一种磁通切换型永磁电机(Flux-Switching Permanent Magnet,FSPM)的通用非线性磁网络模型,该模型可以考虑磁场饱和的影响,能对气隙磁通密度分布、电枢线圈永磁磁通和感应电动势等电磁性能进行计算。针对一台三相定子12槽/转子10极的磁通切换永磁电机,首先建立了该电机的原始磁网络模型,并利用有限元法进行了验证。然后基于原始模型,进一步综合考虑局部饱和影响,提出了初始模型。为了进一步提高磁网络分析的精度,在初始模型基础上,又提出了两种新的磁网络模型——多段永磁支路模型和导磁桥模型,其计算结果更为精确。上述磁网络模型的分析结果均得到了二维有限元计算和实验结果的验证。通过对比可知,上述磁网络模型中导磁桥模型具有最高的分析精度。     

新型混合励磁双凸极电机非线性磁网络分析

阐述了新型混合励磁双凸极电机的结构原理,采用等效磁网络模型来计算其电磁性能。计算了电机不同部分的磁导,考虑到非线性和饱和的影响,引入气隙和定子极修正系数。计算了不同励磁电流和不同相电枢绕组的磁链和相电势。有限元分析和实验结果均验证了所建立磁网络模型的正确性,表明该非线性磁网络模型可以为该新型混合励磁双凸极电机的静态特性分析和快速初步设计提供有效依据。     

基于磁网络模型爪极电机气隙磁场的研究

采用等效磁网络法,对爪极进行分段建模整体迭代,建立了爪极电机较为精确的等效磁网络模型,提出了三维场磁网络模型的求解方法,基于等效磁网络法分析了爪极电机的气隙磁场分布情况用于爪极发电机的电磁计算之中。实验结果表明,采用磁网络模型分析特殊结构的电机较其它方法具有优越性,提高了计算速度,精度较高,适合于工程应用。     

基于磁网络的永磁同步电机建模及转子损耗分析

磁网络法相较于有限元法(FEA)能在保证一定精度的前提下节省分析时间,适用于电机的前期设计分析。本文建立了一个内置式永磁同步电机的磁网络模型,求出空载和负载状态下的气隙磁密及反电势波形,计算了转子永磁体和硅钢片的涡流损耗,并与有限元模型进行对比。计算结果表明,磁网络模型在误差允许的范围内能与有限元法较好地吻合,验证了模型的有效性。     

永磁外转子爪极发电机的漏磁计算

针对具有特殊结构的永磁外转子爪极发电机复杂的漏磁计算问题,在对电机的结构、材料、特点以及运行机理进行分析的基础上,首先采用常规的磁路分析方法,建立了电机的等效磁路模型,推导出各部分的漏磁阻及漏磁通计算公式并进行了相应的分析;然后利用有限元分析方法建立了电机的三维电磁场分析仿真模型,并对电机的各部分漏磁进一步加以分析计算;最后对磁路和有限元两种方法的计算结果加以对比研究,用相对准确的有限元计算结果来修正磁路计算法中磁阻公式的系数;达到了运用简单磁路公式快速准确分析该种复杂结构电机漏磁的目的。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

横向磁通永磁同步电机非线性动态等效磁网络模型分析

为了缩减电机设计周期,该文针对横向磁通永磁电机提出一种非线性动态等效磁网络模型。该模型引入电机饱和深度系数来反映电机不同饱和程度对导磁材料性能的影响。文中着重分析定转子齿和气隙位置磁通管的划分和相应磁阻的计算。在电机转动过程中,根据定转子的相对位置,把电机的一对极范围划分为8个区域,每个区域内的等效磁阻分布均相同。并且用统一的拓扑表示这8个区域的等效磁网络,从而将动态过程转化为静态拓扑。在求得电机磁链的基础上,对电机的电感、空载反电势进行分析计算。最后通过有限元方法和实验,验证该模型的有效性。     

采用三维有限元设计高速爪极式永磁电机

设计并制造了一台以采用软磁复合材料的爪极式永磁电机,结构复杂,通过三维有限元分析,对该电机的磁通、磁链、电感、转矩和铁耗等参数的计算提出了解决方法,通过与样机实验结果相比较,证明了所用方法的正确性,得到的结论对软磁复合材料的应用及爪极式电机的设计与分析都具有一定参考价值。     

A Design Approach for Direct-Drive Permanent-Magnet Motors

This paper presents a design approach of a direct-drive permanent-magnet (PM) motor for a medium-sized injection-molding application. In the proposed approach, genetic-algorithm (GA) loop works to optimize the lamination design in order to meet the requirements for the target application. To achieve the design optimization within a realistic time scale, the repeated calculation required to obtain fitness evaluation does not use finite-element analysis (FEA) but consists of a geometric flux-tube-based nonlinear magnetic analysis developed specifically for this class of motors. The validity of the proposed design approach is verified through several comparative studies on the design results with FEA using a 942- 88.8-kW three-phase multipole interior PM motor, which is designed by the proposed optimizing GA approach.     

基于有限元法的行波型超声波电机阻抗特性分析

利用有限元方法对行波型超声波电机的阻抗特性进行定量分析.以直径为60mm的行波型超声波电机为例,建立了电机定子的有限元分析模型,分析了在20～50kHz频率范围内,超声波电机定子的输入阻抗随频率变化的规律.此外,介绍了一种基于虚拟仪器技术的超声波电机阻抗测量方法,在20～50kHz的频率范围对该电机定子阻抗进行了测试.结果表明,利用有限元法计算得到的电机定子阻抗特性与实际测量值相符.     

不同转子结构无轴承电动机的磁悬浮力分析与计算

对具有不同转子结构 (感应式、永磁式和磁阻式 )无轴承电动机的磁悬浮力进行了分析。基于磁场能量虚位移原理 ,提出了一种通用的无轴承电动机磁悬浮力计算方法 ,并对其计算精度用ANSYS软件计算结果进行了验证。利用所提出的方法 ,对具有不同转子结构无轴承电动机的磁悬浮力进行了计算与对比分析     

磁悬浮开关磁阻电动机研究

磁悬浮开关磁阻电机是高速电机领域的一个研究热点。分析了磁悬浮开关磁阻电机的基本原理，对电机数学模型的发展进行了详细的论述，在考虑和不考虑转子偏心的情况下对磁悬浮开关磁阻电机的磁场作了有限元分析和计算。有限元分析结果验证了电机数学模型的有效性。还介绍了磁悬浮开关磁阻电机空载和负载的实验情况，针对磁悬浮电机的非线性、多变量、强耦合的特点引进了一些先进的解耦控制算法。仿真结果验证了各控制算法的可行性。     

一种无刷直流电动机齿槽转矩分数槽削弱方法

针对永磁无刷直流电动机的齿槽转矩问题,提出一种基于磁极极弧宽度优化的分数槽齿槽转矩削弱方法。分析表明分数槽方法只能削弱齿槽转矩的部分谐波,针对该问题提出了一种基于磁极极弧宽度优化的分数槽方法,理论分析表明该方法对齿槽转矩的各次谐波均有削弱作用。以一台8极36槽永磁无刷直流电动机为例进行有限元仿真,结果表明:采用该优化分数槽方法的齿槽转矩幅值不到整数槽方案的5%,相比优化前的分数槽方法,齿槽转矩幅值减小了64%。     

基于时步有限元法的多相无刷直流电动机特性仿真

提出一种适用于多相永磁无刷直流电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法,给出了控制电路与电磁场方程耦合的时步有限元单元分析方法,采用插值运动边界法解决转子运动问题,并且应用上述模型对一台多相无刷直流电动机进行了仿真分析.仿真结果和实测波形吻合,实验结果验证了计算方法的正确性.     

Aspects of design optimization for multiple tooth per stator pole switched reluctance motors

Two developed computer packages are applied to the design of switched reluctance motors. Design possibilities are illustrated by focussing on two prototype multiple tooth per stator pole devices. These packages correctly allow for all the major practical effects, including magnetic saturation and core losses. Results from a typical series of runs of these packages are given, leading to general design recommendations. These cover tooth width to slot pitch ratio, split ratios and back-of-core dimensions, and are of particular utility for initial design of switched reluctance motors.     

Computation of inductance and static thrust of a permanent-magnet-type transverse flux linear motor

This paper proposes an effective method to calculate inductance and static thrust of a permanent magnet (PM)-type transverse flux linear motor (TFLM). The proposed method is a simple and fast way considering three-dimensional (3-D) flux path of the TFLM, and it can be used not only in characteristic assessment, but also in the design process. Two-dimensional (2-D) finite element analysis (FEA) and 3-D equivalent magnetic circuit network (EMCN) analysis are conducted to analyze the magnetic field. The usefulness of the proposed method is verified by comparison with measurement results.     

振动模态与超声波电机性能关系的研究

振动模态选择是超声波电机设计的重要环节 ,也是影响电机性能的重要因素。本文介绍了超声波电机振动模态形式及其选择的原则。采用有限元分析方法计算了所设计电机的振动模态和共振频率 ;用阻抗特性分析仪测量了不同模态对应的共振频率 ,其结果与有限元分析结果一致。最后分析了不同模态下电机的输出特性