新型盘式横向磁通永磁电机及其空载电动势波形的解析计算

盘式横向磁通永磁电机具有横向磁通永磁电机和盘式永磁电机的综合优势。本文提出一种新型盘式横向磁通永磁电机,首先给出了该电机的原理结构及优越性;然后将其转子盘沿径向等分成若干单元,并基于转子盘磁体的体积积分,求得定子相绕组的永磁磁链,进而求得该种电机空载电动势波形的解析表达式;最后通过三维电磁场有限元方法和样机实验方法验证了所给出理论解析计算的正确性。     

新型盘式横向磁通永磁风力发电机参数设计研究

横向磁通永磁发电机具有高功率、转矩密度、低速性能、电磁负荷独立设置的特点，适用于小型直驱风力发电应用。本文提出一种新型盘式横向磁通永磁发电机，该电机定子铁心采用软磁复合材料与叠片硅钢材料制成，能够降低低频损耗，减小漏磁及转矩脉动，而且电机还具有低的轴向长度，能够提高其空间利用率，使其适用于小型风力发电系统。本文首先详细介绍了该种发电机的结构，并对其进行了电磁设计；然后，对部分重要结构参数进行优化，进一步减少该电机的漏磁，提高电机运行效率；最后，利用三维电磁场有限元方法对优化后的电机进行空载与负载下的仿真运算，进一步验证了电机性能的优越性。     

新型盘式横向磁通永磁无刷电机的变网络等效磁路模型

针对所提出的新型盘式横向磁通永磁无刷电机的磁路特殊性,建立了简化的变网络等效磁路模型。基于该磁网络模型,无需求解节点方程组,便可直接得到定子绕组磁链,并由此计算了电机空载时永磁相电动势波形及负载时电磁转矩波形。将这些解析计算结果与样机电机的3-D FEM计算结果及试验结果进行了比较,验证了所建立的变网络等效磁路模型及由此进行电机性能计算方法的正确性。     

横向磁通永磁电机设计与分析

横向磁通永磁电机定子齿槽和电枢线圈在空间上相互垂直,克服了传统电机齿和槽大小相互制约的矛盾,具有转速低、容错性好和转矩密度高等优势,得到了快速发展。基于独特的定子铁心结构,提出了一种结构较为简单的新型模块化横向磁通永磁电机,有效提高了定子空间利用率。介绍了该电机的结构及运行原理,在此基础上,推导了电机功率尺寸方程,给出了电机初步设计方法。采用三维有限元方法,对横向磁通永磁电机进行电磁分析,给出了空载磁链和空载反电势波形以及定位力矩和最大铁心磁通随不同气隙长度的变化波形。     

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种新型聚磁型无源转子横向磁通永磁电机。首先分析了该电机的基本结构和运行原理,借鉴永磁同步电机的成熟理论方程推导了该电机的电磁设计公式,并给出了相应的优化流程图。采用三维有限元方法分析了电机的磁场分布,给出了空载反电势、相电感及其齿槽转矩波形。该电机的气隙磁密比传统横向磁通永磁电机高,采用聚磁型结构提高了永磁体的利用率。漏磁严重使得横向磁通永磁电机的相绕组自感比较大,通过仿真分析了电枢反应对电机的影响。     

新型外永磁转子横向磁通爪极电机特性仿真

为了研究具有特殊结构的新型外永磁转子横向磁通爪极电机的运行特性,在对该种电机的结构特点以及运行机理进行分析的基础上,利用有限元分析软件,建立了该种电机的三维电磁场分析仿真模型,仿真得到了该种的电机的气隙磁密波形和电机整体的磁密分布;然后分析了该种电机的空载感应电动势及齿槽转矩的波形;最后用自行开发了外永磁转子横向磁通爪极电机的磁路仿真程序,并对该种电机进行了性能仿真研究,结果表明该种新型结构的横向磁通爪极电机具有良好的运行特性,为该种电机的深入研究打下了技术基础.     

径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机

横向磁通永磁发电机的旋转方向垂直于内部永磁体产生磁力线所在的平面,解决了传统永磁发电机磁路和电路相互制约的问题。因其具有高转矩密度、良好低速特性等优势,故在低速直驱风电领域得到了广泛的关注。基于目前磁通切换型横向磁通永磁风力发电机永磁体利用率不高的问题,本文提出了一种径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机结构,在阐述了径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机的基本结构和原理之后,为得到发电机设计时的主要参数,通过传统永磁发电机经验公式推导出该发电机的电磁设计公式,在此基础上通过ANSYS Maxwell软件对径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机空载情况进行三维有限元分析,得到内、外齿下气隙磁密、磁链和反电势等参数,验证了所设计发电机的合理性。     

一种抑制盘式永磁电机转矩脉动的方法

针对盘式永磁电机气隙磁密和反电动势中含有谐波、存在转矩脉动的问题,提出了一种磁极形状优化方法以降低盘式永磁电机气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率、抑制转矩脉动。 建立了盘式永磁电机的等效磁网络模型,基于此模型解析计算出电机的空载反电动势,并通过有限元法进行了仿真验证。在确定最小气隙长度前提下,对不同磁极整形方法（即不整形、圆弧削极、偏心圆弧削极）气隙磁密、反电势、转矩脉动这些电磁性能进行了比较,得出了最佳优化方案。结果表明,优化设计后,气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率明显减小,转矩脉动得到抑制。     

基于3D-FEM的新型横向磁通永磁电机的研究

横向磁通电机越来越受到世界各国研究者的注意,尤其在风力发电、军舰等要求低速大转矩的应用场合.相比常规电机,横向磁通永磁同步电动机可以提供更大的转矩密度,却存在功率因数低的问题.本文提出了一种新颖横向磁通永磁电机(TFPM)结构,即采用单边结构、卷绕式定子铁心、内置式聚磁转子结构.该电机结构工艺简化,同时具有高转矩密度和高功率因数的性能特点.文章首先讲述了新型电机的结构特点,接着利用 3D-FEM 工具对电机漏磁系数进行计算,并讨论电机结构尺寸变化对电机漏磁系数的影响.最后给出最新样机的部分参数.     

聚磁式场调制永磁风力发电机工作原理与静态特性

提出一种新型聚磁式场调制永磁(Flux-Concentrating Field-Modulated Permanent-Magnet,FCFMPM)电机,该电机外转子采用聚磁式永磁体结构改善气隙磁通密度,定子采用开口槽结构提高空间利用率.基于磁齿轮效应,定子齿对转子永磁磁场进行调制,产生极对数少、运行速度快的谐波磁场,由该谐波磁场作为有效励磁的FCFMPM电机具有低速、大转矩密度的特点.在深入分析电机工作原理的基础上,运用二维有限元方法计算了其静态特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、电感、定位力矩和电磁转矩等.研制了一台5kW实验样机,并与商业化小型永磁直驱风力发电机做比较.仿真和实验结果表明,所提电机具有转矩密度大、定位力矩小、外特性硬等特点,特别适用于如风力发电等低速、直驱系统.     

双定子盘式永磁同步发电机仿真及试验研究

盘式永磁同步发电机适于低速大转矩的场合,在风力发电领域具有较强的应用潜力。针对一台36槽30极的双定子盘式永磁同步发电机,采用有限元法对其空载气隙磁密、空载反电动势以及负载输出性能进行了仿真分析,对样机的气隙磁密、空载和负载的输出性能进行了试验测量。分析结果表明:最大气隙磁密的仿真值与测量值均较为接近,空载反电动势、负载输出电压的仿真波形与实测波形同样较为接近;在同一电阻负载下,发电机输出功率的计算误差为1.73%,仿真结果与试验结果具有较好的一致性。     

改进型Halbach阵列的永磁同步电机分析与设计

针对Halbach永磁阵列具有单边聚磁,提高气隙磁场磁通密度基波幅值和改善磁通密度波形的正弦性的优异特性,研究了一种改进型的Halbach永磁阵列。该阵列结构简单、充磁方便、易于优化,进一步改善了气隙磁通密度的正弦度,提高了磁通密度的基波幅值和反电动势基波幅值、永磁电机效率,降低了转矩脉动。运用标量磁位法对改进型Halbach永磁阵列在电机气隙中产生的磁场进行解析分析,得到了气隙磁通密度和空载反电动势的表达式,并利用Maxwell应力张量法解析电磁转矩;通过设计一台8 kW的电机模型,运用磁场有限元仿真验算该方法的准确性和有效性。     

定子永磁式双转子电机电磁性能分析

为了提高双转子电机的转矩密度,实现其应用于混合动力汽车驱动系统的小型轻量化和平稳运行的需求,提出一种三相12/22/12极定子永磁式磁通切换双转子电机结构,其绕组和永磁体均位于外定子和内转子上,外转子上无绕组和永磁体,避免了外转子的冷却问题。对定子永磁式磁通切换双转子电机的拓扑结构及工作原理进行了介绍,采用有限元方法对电机磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、空载反电动势、电感及转矩等电磁性能进行了分析。研究结果表明,提出的定子永磁式磁通切换双转子电机结构具有内外电机磁场耦合小、空载反电动势正弦性好、转矩密度大、转矩脉动小的特点,并通过原理样机实验结果验证了电机设计的有效性。     

新型轴向磁通双凸极永磁电机设计与建模仿真

设计了一种具有双定子的新型结构轴向磁通双凸极永磁电机。使用有限元方法对该新型电机进行分析,得到了空载情况下的自感、磁链等特性曲线。针对该新型电机的特点,给出了双凸极电机的数学模型。参照径向磁通双凸极电机的建模方法,结合获得的绕组自感和磁链数据,搭建了基于MATLAB/Simulink的电机转速、电流双闭环调速系统的模型,成功仿真出该电机的转速、电流、转矩等波形。系统的仿真结果表明该新型电机运行可靠、便于控制。     

聚磁式横向磁通永磁盘式风力发电机设计与分析

横向磁通永磁电机电负荷和磁负荷相互解耦,设计灵活,且相比于传统的径向和轴向磁场永磁电机具有较高的功率密度,因此在低速风力发电领域具有良好的应用前景。该文基于横向磁通电机的原理与盘式电机的特点,提出一种新型聚磁式横向磁通盘式永磁发电机,其定子铁心沿径向形成交错的内外齿,且永磁体嵌入转子铁心中,有效提高了横向磁通电机的空间利用率和气隙磁密。为满足电机磁路的需要,定子铁心采用软磁复合材料构成。文中介绍了这种电机的结构和原理,给出了电磁设计方法,并采用三维有限元法对电机进行了分析计算。根据理论计算,研制了实验样机,并进行了试验研究,验证了理论分析的正确性。     

外转子聚磁式横向磁通永磁电机设计

与传统永磁电机相比,横向磁通永磁电机(TFPM)具有更高的转矩密度,但存在漏磁与齿槽转矩较大等不足。为此,开展了兼顾抑制漏磁和齿槽转矩的表贴式TFPM设计与优化的有限元分析及实验证实的研究工作,但是该方案实际存在辅助定子固定困难的不足,迫切需要开展在体积及永磁体用量近乎均等的条件下,实现不逊色于具有辅助定子表贴式TFPM性能的横向磁通永磁电机的设计工作。论文提出了一种无辅助定子的聚磁式TFPM拓扑,首先基于有限元分析(FEA)确定了兼顾抑制漏磁和齿槽转矩的定子齿宽,再使用定子斜齿进一步地抑制聚磁式TFPM的齿槽转矩,并通过FEA验证了聚磁式TFPM设计方案的合理有效性。     

基于转子齿偏移的四相横向磁通永磁电机齿槽转矩削弱方法

提出一种基于转子齿偏移的方法,有效削弱横向磁通永磁电机齿槽转矩。运用傅里叶级数分析了四相横向磁通永磁电机齿槽转矩的表达式,并以此为基础给出了转子齿偏移角度的计算公式。由于该电机结构特殊,单元结构中的两相耦合度高且漏磁系数较大,使得解析方法的计算结果存在误差。为了得到更精确的偏移角度,采用有限元方法对计算所得偏移角度进行修正仿真。此外,还研究了转子齿偏移之后对电机性能的影响,并得出结论:该优化方法能有效削弱齿槽转矩,显著减小电机转矩脉动。同时,结合横向磁通电机的特点,提出了增加齿宽的方法以解决电机优化过程带来的电机出力减小的问题。     

一种新型组合式横磁通永磁风力发电机

在研究现有横磁通永磁电机结构的基础上,提出一种新型横磁通永磁风力发电机设计,其高转矩密度、低速、无刷化的特点非常适宜在直驱式风力发电系统应用。发电机整体由多模块组合而成,每个模块采用组合式定子结构可以降低加工难度,聚磁式转子设计显著提高了每极磁通。该电机各相之间实现了电磁和结构的双重解耦,设计自由度大,在综合考虑转矩密度和漏磁比例的基础上确定了电机的主要尺寸。通过三维有限元法进行了样机的磁场分析和性能计算,研究表明横磁通永磁发电机的输出电压调整率比传统永磁同步发电机小,输出电压的稳定度高。样机实验与计算结果基本吻合,验证了设计方法的正确性。     

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.     

集成式“V”形永磁体磁通切换电机性能分析

为提高永磁磁通切换电机中永磁体利用率,介绍了一种集成式"V"形永磁体磁通切换电机,分析了其结构特点,对电机绕组空载反电势、转矩特性、损耗以及效率等电磁性能进行了有限元分析并与常规12/10极磁通切换电机进行了比较。研究表明,相对于常规永磁磁通切换电机,该电机结构能有效提高永磁材料的利用率及功率密度。在相同线负荷下,该电机平均输出转矩提高了22.8%,转矩/永磁材料体积比值提高了26.3%,额定负载时输出功率能增加近24%,效率则下降2.1%。总体说来,该电机继承了永磁无刷类电机高效率、高转矩密度、高功率密度的特点,在电动汽车等新能源汽车领域具有应用前景。