近极槽永磁电机绕组配置和不等齿宽的研究

研究了绕组配置和定子齿宽对近极槽永磁电机的性能影响。比较了近极槽永磁电机隔齿绕组和全齿绕组的性能特点,设计了6种不等定子齿宽方案,对6种方案电机的输出转矩、齿槽转矩和脉动转矩等特性进行了比较分析。结果表明:隔齿绕组永磁电机采用合适的不等定子齿宽结构可提高电机的转矩密度。     

14极12槽定子模块化永磁电机的性能分析

永磁电机的定子模块化结构有利于大型电机的制造、运输、组装和维护,对于可模块化且极数多于槽数的电机,定子模块化结构还能提高电机的部分性能。利用有限元软件分析了定子模块化结构对14极12槽永磁电机性能的影响,结果表明,模块化结构对定子磁密、转矩和损耗等参数有影响,可利用合适的模块间隙宽度来提高电机负载转矩并降低转矩脉动。     

基于定子磁障的分数槽集中绕组永磁同步电机应用设计与分析

分数槽集中式绕组（FSCW）存在谐波含量大的缺点,易引起定转子铁心损耗和振动噪声问题,限制了其在高端领域的应用。以采用FSCW的12槽14极永磁同步电机(PMSM)为研究对象,使用有限元软件进行仿真,分析定子非绕线齿中的磁障对磁动势谐波、电磁转矩、铁心损耗及径向电磁力的影响,并与传统永磁电机进行对比。仿真结果表明,采用定子磁障的电机能够有效降低绕组磁动势低次谐波,1、3、5次谐波分别下降了87%、84%和30%,铁心损耗减小了21.1%,低阶径向电磁力减小了20%以上,实现了对噪声和振动的有效抑制。     

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.     

双三相隔齿绕永磁同步电机容错性能分析

集中绕组中隔齿绕制形式能增大电机的绕组自感,实现绕组间的相互隔离,将该种绕组结构应用在双三相永磁同步电机可设计一种新的永磁同步容错电机。利用Ansoft Maxwell 2D分别为12槽10极和24槽22极双三相隔齿绕永磁同步电机建立仿真模型,针对不同绕组分布形式的电机进行有限元分析。研究两种极槽配合形式下不同接线方式的双三相隔齿绕永磁同步电机在静态磁场和瞬态磁场中的空载磁链波形、空载反电动势波形和绕组电感矩阵等特性,对比分析其电磁性能和容错性能,总结出更适合永磁同步容错电机的结构类型。     

应用组合式磁极以提升弱磁性能的定子无磁轭模块化轴向永磁电机优化设计

为了改善永磁体表贴式定子无磁轭模块化轴向永磁电机弱磁性能,本文提出了一种永磁材料和软磁材料组合式新结构磁极,形成低磁阻磁路,灵活控制磁通,能有效提高定子无磁轭模块化轴向永磁电机的弱磁性能。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析

为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。     

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。     

基于响应面法的定子永磁型轴向磁通切换电机齿槽转矩优化设计

针对聚磁反应造成定子永磁型轴向磁通切换电机(SPAFFSPM)的齿槽转矩偏大、噪声大等问题。以减小定子永磁型轴向磁通切换型电机的齿槽转矩,提高电机的输出性能为目标,利用能量摄动法推导出电机的齿槽转矩解析表达式,分析影响齿槽转矩的定转子结构参数。基于响应面法与有限元法构造出定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数与齿槽转矩之间的响应面数学模型,推导出使齿槽转矩最小的定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数最优组合。最后建立优化前后电机三维有限元分析模型,搭建样机的实验平台,验证优化方法的合理性及准确性。结果表明,优化后的电机齿槽转矩减小约82.5%,且电机的输出性能得到明显提高。     

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。     

不等齿顶宽间隔绕组对直接驱动转台电机转矩特性的影响

为了满足直接驱动数控转台对低速大转矩电机的要求,研究并设计了一种基于极槽数相近结构的不等齿顶宽间隔绕组多极永磁同步电机。多极电机保证了转台具有较低的额定转速。极槽数相近结构不仅可以提高绕组短距系数,更能有效地降低电机的齿槽转矩波动。间隔绕组和不等齿顶宽结构的配合设计最大化了定子齿磁链和绕组系数,从而有效地提高了电机的转矩密度。另外,还采用解析计算方法分析了不等齿顶宽结构对齿槽转矩波动和谐波绕组系数的影响。从有限元软件ANSYS计算结果和实验结果可以看出,样机的齿槽转矩波动小于额定转矩的1%;与等齿宽电机相比,不等齿顶宽结构有效地提高了电机的平均转矩,证明了所提出设计方法的正确性和有效性。     

A New Type DC Motor

A new and unique type of de motor is described whose construction includes a rotating permanent magnet field and a stationary wound structure together with a radically different mechanism for commutating the stationary winding. Design features of rotating magnet structures and the commutating mechanism are presented. Performance characteristics of an actual motor are shown. Also described are the changes in performance that can be realized by design variations in the amount of copper in the stator.     

高温超细长潜油永磁电机温升研究

潜油电机槽满率低、振动大,增大了绕组绝缘损坏的风险。为此,提出一种定子模块组合式潜油电机(MCSPMM)结构,能够有效增大电机的槽满率,减小电机振动。但在高温高压的工作条件下,需要对这种特殊结构电机的温升进行进一步设计和校核。由于实际工况下电机温升测试困难,为了确保电机运行的稳定性,对超细长潜油永磁电机的温升进行了研究。其发热量可用热负荷进行近似考量并用有限元进行了验证,计算极限工况下电机的温升分布,为超细长MCSPMM的设计提供重要依据。     

大功率高速永磁电机的电磁设计与损耗分析

大功率高速永磁电机的损耗与温升等影响电机功率密度的提高。以500 kW、12 000 r/min高速永磁电机为例,分析了电机极对数、定子绕组形式、转子结构、永磁体等对电机性能特别是损耗的影响。采用电机的有限元仿真模型,对电机的转子结构强度、输出性能、损耗进行了分析计算。试制了样机并对相关性能进行试验验证,分析计算与试验结果均表明,电机达到了较高的技术指标要求,为高速永磁电机的优化设计提供了参考。     

定子模块化分数槽集中绕组电机性能分析

通过在两种槽极配置（12槽10极与12槽14极）电机定子非绕线齿中插入间隙,对分数槽集中绕组电机的定子进行模块化设计。使用有限元软件建模仿真,与传统一体式电机进行对比。分析发现,模块化电机定子间隙的存在改变了定子磁路,从而影响电机的电磁特性、转矩特性以及损耗特性。定子间隙对电机性能的影响也同时得以明确,结果表明,定子间隙的存在提升了12槽14极电机的绕组因数、输出转矩,运行效率等。和12槽10极电机相比,少槽多极（12槽14极）分数槽集中绕组电机更适合进行模块化改造。     

模块化定子永磁风力发电机及其控制

针对海上风能开发和利用,提出和设计了一种新型结构的永磁风力发电机。所提出的电机由多个空间均匀移相的模块化定子永磁发电机(MSPMG)组成,每个MSPMG是独立的单相双凸极电机,每个定子模块包含永磁、齿极和线圈,减小了模块间的磁耦合和线圈互感。通过分析MSPMG的电磁特性和发电原理,基于变分原理推导出MSPMG的最优功率控制策略,利用单相H桥全控整流电路实现了对电枢电流的控制。有限元分析证明MSPMG各个模块间的磁路耦合很小,运行状态相互独立,因此该电机具有很强的容错运行能力。基于软件仿真证实了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。     

高频供电条件下的PCB定子盘式永磁电机绕组优化设计

PCB定子盘式永磁无铁心电机的定子采用印制电路板(printed circuit board,PCB)结构,其电机的损耗主要来源于绕组上的交流附加铜耗和直流铜耗,因此定子绕组的设计直接影响电机整体性能。针对应用在较高频率且工况稳定的PCB电机,该文提出一种新型分布式绕组。首先建立反电势、直流铜耗、交流附加铜耗和电阻的解析表达式,分析PCB电机的空载特性。其次,以提高电机的效率为目的,提出在绕组有效导体部分加入绝缘材料。对新型绕组进行优化找到最合适的导体线宽,然后根据有限元理论对比分析新型分布式绕组和已有绕组负载特性。结果表明新型绕组不仅可以降低总铜耗,提高电机效率,有效降低定子稳定温升,并且新型结构也不会影响电机输出性能。最后制作一台16极600W样机进行验证,对PCB定子盘式永磁电机设计具有一定的参考价值。