无铁心轴向磁通永磁电机的磁场解析计算

轴向磁通永磁电机磁场呈三维结构且磁路复杂，采用有限元法求解电机的气隙磁场将会耗费大量的建模及仿真时间，针对该问题，采用解析法对电机的空载磁场进行计算，通过将电机沿径向分成多个截面，使三维的轴向磁通电机等效为多个二维直线电机的组合体，在直角坐标系中求解拉普拉斯方程，得到矢量磁位，代入边界条件对磁场进行求解。计算电枢反应磁场时，采用多层电流片法进行求解，与有限元仿真结果对比，验证了解析法的可行性，提高了无铁心轴向磁通永磁电机磁场计算和电机参数设计的速度。     

轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析计算

针对双定子单转子表面嵌入式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁场进行了解析研究。建立了气隙磁场的解析模型,将轴向磁通电机等效成直线电机并建立了等效面电流模型来求解空载工况下的气隙磁场。根据电磁场理论中的唯一性定理,给出了满足泊松方程的边界条件,并将分离变量法应用于泊松方程的解析解来计算电机三相定子电枢绕组作用下的气隙磁场。通过将空载下的气隙磁场与电枢绕组作用下的磁场叠加来预测电机负载工况下的气隙磁场。最后用三维有限元仿真计算结果与解析模型的计算结果相比较,证明了解析法可以有效地计算轴向磁通电机的气隙磁场,为轴向磁通永磁同步电机的解析分析和优化设计提供了基本手段。     

永磁体参数对双定子球形电机磁场影响的研究

永磁球形电动机采用不同的永磁体结构参数,对电机的电磁场会产生一定的影响。论文提出一种新型双定子永磁球形电动机,建立不同的永磁体参数的电机模型,对比分析不同参数的永磁体结构对电机电磁场的影响。利用三维有限元法分别对电机内外磁场进行建模分析,得到了气隙磁通密度径向分量分布数据。同时,针对永磁体的结构参数进行了静磁场磁通密度和磁场分布计算,建立了球坐标系下永磁体磁场有限元求解模型,进行对比分析。理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,文中对转子永磁体的磁通密度进行了测试,与仿真计算结果一致。     

屏蔽套材料对屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场的影响研究

针对单向耦合法分析屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场时计算精度低的问题,提出了一种磁热双向耦合法。首先,建立了磁热耦合计算模型。其次,采用双向耦合法分析了屏蔽套材料对电机性能的影响,并与单向耦合计算结果进行了比较。最后,建立了电机三维模型,利用有限元软件进行了电磁场和三维温度场分析。研究结果表明所提的磁热双向耦合计算方法可以有效提高电磁场和温度场的计算精度,此外屏蔽套采用不导电不导磁材料可有效提高屏蔽式永磁同步电机效率,降低电机温升。这不仅为屏蔽式永磁同步电机的设计提供了参考,同时对于保证电机高效和可靠运行具有重要意义。     

12槽10极磁通切换型永磁同步电机设计与分析

磁通切换型永磁同步电机因其定转子拓扑简单、结构紧凑、转矩密度大、故障率低等优点,能够实现电机在较宽速度范围内运行调速,适用于风力发电、混合动力汽车等领域。在深入分析磁通切换型永磁同步电机磁通切换工作原理基础上,设计了一台12槽10极磁通切换型双凸极电机,采用有限元方法计算了电机的气隙磁场、永磁磁链和反电动势、齿槽转矩以及输出转矩等电磁特性。最后通过一台3 k W样机对其转矩特性进行了实验验证,实验结果与有限元仿真结果一致,验证了上述方法的正确性。     

轴向磁场永磁同步电机转子涡流损耗研究

为解决轴向磁场永磁同步电机温度过高导致电机运行性能降低的问题,针对电机转子进行了深入研究。先利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,仿真电机磁场分布和气隙磁密波形,并计算平均涡流损耗;采用铜层屏蔽减小转子涡流损耗,并仿真出转子涡流损耗随铜层厚度变化情况。     

电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究

电动汽车用永磁同步电机的电磁振动噪声水平直接影响着电动汽车的NVH性能。基于理论分析与Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台电动汽车驱动用永磁同步电机的电磁噪声特性,并进行优化分析。电机的电磁噪声主要来源于电机定子齿部的电磁激振力,不同转子结构会对磁场产生不同的影响,通过优化转子隔磁桥结构进而改变电机定子齿部的电磁激振力,降低电机的振动噪声。分别建立优化前后电机的电磁场有限元模型,仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力;建立优化前后电机结构3D有限元模型,计算电机结构的径向模态频率;通过对电机定子结构的振动响应进行有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱。最后,通过ANSYS Acoustics有限元仿真分析得到电机电磁噪声特性。通过对比优化前后的结果可知,优化后的电机在保证电磁性能的前提下有效降低了电机的振动噪声,并通过实验验证了仿真结果的有效性。     

磁通切换型双凸极永磁同步电机研究与分析

磁通切换型双凸极永磁同步电机具有结构简单、输出转矩大、转矩密度高以及磁链、反电势正弦等优点,能够有效拓宽电机调速范围,适用于新型混合动力汽车和新能源发电等领域。在深入分析磁通切换型永磁同步电机磁通切换工作原理基础上,采用有限元设计了一台12槽/10极磁通切换型双凸极电机,计算了其电动状态下气隙磁场、永磁磁链和反电动势等静态特性,研究了其不平衡磁拉力。在此基础上,对所设计电机转矩性能进行了分析和优化,定量研究了影响其齿槽转矩的主要因素。最后通过一台2 k W样机对其转矩特性进行了实验验证,实验结果与Ansoft有限元仿真结果一致,验证了上述方法的正确性。     

混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机

混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机具有结构简单以及气隙磁场调节方便的优点.分析了该类电机的气隙磁场调节原理.基于电磁场有限元方法,介绍了齿磁通法计算电枢绕组空载电压波形的基本原理.应用该方法对一台混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机的空载电磁场结果进行了后处理,得到了电枢绕组空载电压波形以及空载特性曲线.计算结果与实验结果比较验证了计算方法的正确性以及表明了该电机具有较好的气隙磁场调节能力.     

双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的基础研究

提出双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的方案,克服了传统横向磁通永磁电机初级空间利用率不高的缺陷。初级铁心单元加工方便,能够充分利用次级永磁体,提高电机的空载感应电动势。介绍电机的结构并阐述其工作原理,利用磁路法建立了电机的三维等效磁网络模型,获得了空载主磁通和空载反电动势表达式,推导出了电机的推力表达式,通过三维有限元方法计算了电机磁场,研制了一台实验样机,进行了空载感应电动势和静态推力的测试实验。理论分析与实验结果基本吻合,验证了理论分析的有效性。     

永磁同步电机无位置传感器运行场路耦合分析

为精确设计基于凸极跟踪的无位置传感器控制系统,在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,提出一种基于场路耦合法的永磁同步电机无位置传感器控制系统分析与设计新方法。该方法建立在永磁同步电机三维电磁场分析模型和基于转子磁场定向的无位置传感器控制系统模型上,通过场路耦合法进行协同仿真研究,仿真结果可精确反映无位置传感器运行性能和高频电压信号激励下永磁同步电机与控制系统的相互耦合特性。在此基础上建立了与仿真系统完全对应的实验系统,实验结果与仿真结果一致,表明该分析设计方法的正确性和可实现性。     

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。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

盘式对转双转子永磁同步电机的设计和特性分析

针对一种对转螺旋桨驱动用盘式对转双转子永磁同步电机进行了分析,提出了该电机的基本设计方法,得到了电机主要尺寸参数的设计方程;利用有限元软件对该电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到了其磁路特性和主要性能参数,并重点分析了两个永磁转子存在位置差时电机总反电动势波形的特点,利用有限元结果对永磁转子所受的轴向磁拉力进行了计算和分析;最后对所设计的2.2 k W电机样机进行了试验验证。     

稀土永磁同步发电机瞬态电磁场和瞬态参数计算

利用双轴原理考虑电枢反应和磁场的关系,确定了尽可能小的求解场域。从电磁场理论出发,采用加权余量法和改进的尤拉折线法,分析计算了稀土永磁同步发电机三相突然短路瞬态电磁场和瞬变特性,利用最小二乘法根据瞬态电磁场计算结果计算了电机的参数,并做了实验验证。     

永磁直线同步电机的有限元分析

针对自行设计的分数槽永磁直线同步电机的特点，在建立有限元分析模型的基础上，采用电磁场有限元数值计算法对永磁直线同步电机的磁场进行分析，给出了永磁直线同步电机的电磁场分布，并计算了永磁直线同步电机的推力和法向力特性。     

分数槽永磁同步电机径向电磁力研究

由于分数槽永磁同步电机每极磁路分布不同,相比整数槽时更容易产生低次径向电磁力波,对电机的振动和噪声影响较大。从气隙磁场入手,对分数槽永磁同步电机径向电磁力及力波次数和频率进行解析计算,并以一台12槽10极分数槽永磁同步电机为例,进行了有限元仿真验证与分析,仿真结果表明解析计算结果正确。     

混合励磁直线同步电机的磁场与推力

介绍了一种混合励磁直线同步电机，它的气隙磁场由磁极上的永磁体和电励磁绕组共同提供，采用有限元方法研究了气隙磁场并计算了电机的推力，实验结果很好地验证了有限元分析的结果，另外还提供了一个与同结构电励磁电机进行推力对比的实验结果。研究表明混合励磁直线同步电机的磁场可调，推力大而且变化灵活，既具有永磁直线同步电机的优点，又具有电励磁直线同步电机的优点。     

基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型

针对相绕组为基本单元的永磁同步电机定子绕组短路故障数学模型，存在故障空间位置影响无法计及、不同短路故障需要重新建模，且无法研究健康状态时线圈对电机性能的贡献等问题，该文提出一种基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型（APM）。首先，将每个线圈分割为多个线圈子单元，分别建立各子单元的电压、阻抗和空载反电动势等物理量的矩阵方程，利用基尔霍夫电压定律建立所有子单元的电压方程，建立电机的电磁功率和转矩方程。其次，利用有限元法和拟合法建立考虑槽内空间位置关系的线匝电感矩阵，通过矩阵变换得到计及位置信息的子单元电感矩阵。然后，在Matlab/Simulink中建立APM的仿真模型和图形化界面，通过修改抽头编号及图形化界面中短路电阻模块的连接位置，计算电机健康和不同类型定子绕组短路故障下的电磁特性。最后，有限元仿真和实验结果验证了模型的正确性和准确性，表明APM不仅可以精细地分析健康状态时线圈对电机性能的贡献，也可以高效、准确地分析线圈内部不同位置短路故障对电机性能的影响。该文研究可以为永磁同步电机的设计、故障诊断和容错控制提供依据。     

矢量控制下的车用永磁电机电磁振动特性分析

针对矢量控制方案下的车用永磁电机电磁振动特性机理不清的问题,提出了一种磁场定向下永磁同步电机电磁力和电磁振动的解析模型.从d、q轴磁场的角度,利用麦克斯韦应力张量法研究了电磁力的空间和频率特征,详细讨论了不同负载下d、q轴磁场对电磁力的影响.其次,采用电磁有限元和结构有限元仿真手段将电机d、q轴电流对电机电磁力以及电机振动的影响进行了验证,并分析了不同负载下电机电磁振动的特性规律.最后,在一台6极36槽永磁同步电机及实验平台上完成了电机电磁振动试验,实验结果与理论分析规律和仿真结果相符.结果表明:车用永磁电机的二倍频电磁振动随着负载的增加而增加,在相同的电磁转矩输出时,可通过选择合适的d、q轴定子电流,使得电机的电磁振动降低.