新型盘式横向磁通永磁风力发电机的设计与分析

横向磁通永磁电机具有电及磁负荷解耦、功率密度转矩密度高的优点，极适合低速直驱场合。本文基于小型风力发电提出一种新型盘式横向磁通永磁发电机，由于采用了软磁复合材料与叠片硅钢材料组合定子铁心盘式结构，电机在具有横向磁通电机优良性能的基础上，还具有低的轴向长度和很低的漏磁和较高的运行效率。本文首先介绍了该电机的结构和原理，并给出了尺寸方程的推导公式，基于此，利用三维电磁场有限元方法分析了该电机空载状态下的气隙磁密、磁链、空载反电势波形及负载输出转矩波形。最后，根据理论计算，设计研制了一台盘式横向磁通永磁发电机样机，并进行了初步试验，进一步验证了电机性能的优越性。     

新型轴向磁通双凸极无刷直流电机研究

针对传统开关磁阻电机存在输出转矩低的问题,本文介绍的新型轴向磁通双凸极无刷直流电机是一种在传统无刷直流电机的基础上结合开关磁阻电机的工作特性,用通电激磁线圈实现增磁、弱磁,控制输出转矩扩大电机调速范围作用的新型电机。在阐述新型电机结构和工作原理的基础上,分析了新型电机极弧的适用范围和激磁线圈调磁能力,并详细比较了新型电机与传统开关磁阻电机励磁方式及电磁转矩的差异。仿真结果表明,新型轴向磁通双凸极无刷直流电机的输出转矩有一定程度的提高。     

双交替极横向磁通直线电机的优化与设计

得益于电磁负荷之间的解耦,横向磁通电机可以通过减小极距和提高运行频率的方式来获得更高的推力密度。在低速直驱领域,横向磁通电机有着广阔的应用前景。针对横向磁通电机内部空间利用率不足的缺点,该文提出一种双交替极横向磁通直线电机结构,在其初级和次级侧均安置了永磁体,充分利用了电机内部空间,提高了与绕组交链的永磁磁通。介绍了该电机的基本结构和运行原理,并推导电机主要尺寸与电磁力之间的关系式。通过三维有限元法研究不同结构参数对电机推力密度的影响规律,在此基础上,设计并研制一台实验样机。通过对样机的三相反电动势和静推力进行测量,并与有限元仿真结果进行对比,实验数据与仿真结果之间具有较好的吻合度。     

横向磁场开关磁阻电机永磁屏蔽技术研究

首先阐述了横向磁场开关磁阻电机转矩提升原理，着重分析了漏磁通产生原因以及对电机性能产生的影响，在此基础上研究了一种具有双边永磁屏蔽外转子低速横向磁场开关磁阻电机，介绍了样机的结构特点，并采用三维等效磁网络法对样机进行了磁场计算，研究表明利用装设在定、转子极间的永磁体能有效屏蔽漏磁通，增加磁通变化率，提高输出转矩。样机的计算结果和试验结果基本吻合。     

宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机的设计与分析

针对开关磁阻电机存在转矩密度较低、转矩脉动较大的缺点,提出一种新型宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机。该电机采用并行式双定子结构,左右定子盘通过共享一个转子段保持短磁通路径,定子齿极为宽极和窄极交错排列,集中式绕组缠绕在定子宽极上,定子窄极上则不缠绕绕组,仅为磁路提供磁通路径。由于每个槽只放置一相绕组,使得绕组在磁、热和机械上的隔离程度更高,保证了电机的可靠性。该文首先介绍所提电机的拓扑结构和运行原理;根据功率方程设计了部分初始结构参数,利用有限元方法分析了尺寸参数对电机性能的影响,并利用田口算法对选取的4个关键尺寸参数进行了多目标优化,改进了电机性能;然后计算分析了所提电机结构的动、静态性能;最后,制造了样机,实验结果验证了所提电机结构的有效性。     

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。     

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。     

定子无磁轭轴向磁通永磁电机不同极数下的转矩分析

设计了一台额定功率为28 kW的YASA结构轴向磁通永磁电机,并对相同槽数下电机的输出转矩能力进行了分析.首先,介绍了YASA结构轴向磁通永磁电机的拓扑结构,给出了部分尺寸的计算表达式.其次,综合电机结构紧凑、齿槽转矩小、效率高的特点,确定了合适的极槽配合.同时,分析比较了电机在定子槽数相同、极数不同情况下的输出转矩.研究表明,轭部厚度相同时,电机输出转矩随着极数的减少而降低;输出转矩相同时,转子轭部厚度随着极数增加而减小.最后,通过建立三维有限元模型仿真及分析比较,验证了YASA结构轴向磁通电机的转矩结论,对于轴向磁通电机的设计和应用具有一定的参考意义.     

横向磁场磁通反向电机的特性分析

提出一种横向磁场磁通反向电机结构,电机中的永磁体与电枢绕组均位于定子侧,转子齿嵌入开槽的非导磁材料转子筒中,定转子铁心均可由硅钢片叠压制成。相比传统横向磁场电机,横向磁场磁通反向电机具有结构简单、加工方便的优点。介绍了电机的基本结构,阐述了电机的基本工作原理。利用傅里叶级数法推导了电机的反电动势、电磁转矩以及定位转矩的表达式。利用三维有限元方法,分析了电机的永磁磁链、反电动势、定位转矩和电磁转矩等基本特性。在其基础上研制一台样机并进行初步实验研究,实验结果与有限元结果相吻合,验证了理论分析的正确性。     

横向磁通永磁电动机研究进展

横向磁通永磁电动机以其高转矩密度的优势而得到了发展.介绍了这种电机的工作原理,并分析了电机的结构特点.针对横向磁通永磁电动机的特殊结构,给出电机的电磁场分析方法.概述了国内外横向磁通电机的研究现状.根据不同的应用场合,结合电机的结构特点,提出横向磁通永磁电动机的进一步研究方向.     

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。     

基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计

轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度变化不一致,利用二维解析法分析该类电机会带来较大误差。该文利用准三维解析法对轴向磁通电机展开径向分层计算,确定电机转子关键位置处的磁链特性。在准三维解析法分析的基础上,利用准三维有限元方法对基于不同铁磁材料的模型进行了比较分析。研究结果和样机测试数据表明:基于有取向硅钢材料的轴向磁通开关磁阻电机定、转子磁极轴线对齐位置处的磁链值可以提高15%,准三维解析法的分层计算精度较高,对于电机初期设计而言,该方法的磁链分析误差从工程上认为是可以接受的。     

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。     

双交替极横向磁通直线电机的基础研究

提出一种新型双交替极横向磁通直线电机。该结构集成了两种交替极横向磁通电机拓扑,位于初级和次级的永磁体产生的磁通以相同的方向与绕组相交链,通过共用部分铁心和绕组,充分利用了电机内部空间,提高了材料利用率,增大了电机推力密度。通过分析电机内磁场分布,建立电机磁网络拓扑,并计算绕组磁链,推导电机电磁力表达式。通过有限元对理论分析进行验证,得到电机磁链、反电势及电磁推力分布波形。研制一台实验样机,测量样机的反电势,验证新结构电机的原理与性能。     

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.     

开关磁阻电机的电磁参数设计与研究

对开关磁阻电机的理论进行了阐述,介绍了开关磁阻电机的基本结构,系统的阐述了开关磁阻电机的双凸极结构和磁通沿磁阻最小路径闭合的工作原理,对于开关磁阻电机旋转过程中的定子绕组A、B、C、D四相通电顺序做了详细论述,以及通电顺序对电机转动方向的影响,给出了电机的转速方程,介绍了开关磁阻电机的基本方程,包括电动势平衡方程和转矩平衡方程,对开关磁阻电机的损耗计算做了简单的分析,分析了各种损耗的主要来源,并给出了各损耗计算的方法及计算公式。     

新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机基础研究

为了实现磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)转矩和悬浮力的自然解耦,提出了一种新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机(HEBSRM)。新型HEBSRM由12/14极BSRM、环形永磁体和径向磁轴承三部分组成。12/14极BSRM的转矩极和悬浮极之间嵌有隔磁环,使转矩磁通路径完全独立于悬浮磁通路径,从而在结构上实现转矩与悬浮力解耦。此外,详细推导了电机径向悬浮力的数学模型,并且通过有限元分析验证了新型HEBSRM结构的合理性。     

基于ANSOFT开关磁阻电机建模与控制策略的仿真研究

基于ANSOFT软件建立开关磁阻电机二维和三维有限元模型,采用不同控制策略对开关磁阻电机有限元模型进行动态仿真研究。将有限元仿真结果与MATLAB仿真结果进行比较,结果表明有限元法建立的模型及其驱动系统有利于对电机转矩和磁链特性进行准确分析,同时能指导开关磁阻电机及其控制系统的设计和优化。     

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。