轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机及其匝间短路故障抑制研究EI北大核心CSCD

针对传统分数槽集中绕组永磁容错电机相间隔离能力弱、匝间短路故障抑制能力不足的问题,该文提出一种轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机。该电机各相绕组沿轴向独立排布,实现了相间的电、磁、热及物理隔离。首先,介绍轴裂相整数槽集中绕组电机的基本结构,阐述其工作原理,分析其电磁性能。然后,理论分析该轴裂相整数槽集中绕组永磁电机匝间短路故障的抑制机理。在考虑绝缘接触电阻变化的基础上,将所提轴裂相整数槽集中绕组永磁电机与传统分数槽集中绕组永磁电机在不同接触电阻情况下的故障电流、损耗和温升进行对比和分析。研究表明,相比于传统分数槽集中绕组永磁容错电机,该文所提轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机在故障的各个阶段,其匝间短路故障的严重性均较低,并且故障对健康相的影响很小,实现了从电机结构上抑制和隔离匝间短路故障的目的。最后,加工一台轴裂相整数槽集中绕组永磁电机样机,完成对样机匝间短路电流和故障温升的测试,实验结果与理论分析和仿真结果一致,证明了上述分析的正确性。     

高速永磁电机的损耗计算与温度场分析

高速电机由于转速高和绕组电流频率高,单位体积定子的铁耗和铜耗、转子的高频涡流损耗和表面空气摩擦损耗,与具有常速的普通电机相比皆有较大的增加。同时,由于功率密度的增加和总体散热面积的减小,有效的散热和冷却方式是高速电机设计中的一个重要问题。本文基于磁场有限元和3D流体场分析,对高速永磁电机的基本电气损耗、高频附加损耗和转子空气摩擦损耗进行了分析,并以一台额定转速为60 000r/min的高速永磁电机为例,进行了高速电机损耗的计算及测试方法研究;基于流固耦合分析对高速永磁电机的温升进行了计算,通过对一台高速永磁电机温升计算值与实验结果的比较,验证了高速永磁电机温升计算方法的有效性。     

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。     

高速油冷永磁电机散热设计及分析

高速高功率密度油冷永磁电机，随着电机单位体积输出功率及损耗的增加与电机壳体表面积的减小，电机单位体积的发热量大，导致整机温升高，所以精准确定电机的各种损耗分布及数值，选取适合的冷却方式，并合理布局电机散热结构，对高速高功率永磁电机的设计尤为重要。本文从电机最大工作点的损耗计算入手，分析电机发热特点，优选电机的散热方式并按散热方式设计电机的冷却结构，对电机进行热仿真分析。以一台5 kW、13000 r/min航空油泵电机设计为例，对样机进行了散热结构设计及热场分析。试验数据表明，电机的各种损耗分布、数值计算及热场分析准确。     

一种轴向风冷结构对高速永磁电机转子温升的抑制研究

在变频器驱动方式下,高速永磁电机具有较大的转子涡流损耗,由于其转子的散热能力较差,易使永磁体温升较高,而发生不可逆失磁现象。采用机壳水冷结构可以有效地带走电机定子侧的热量,但是对于高速永磁电机的转子部位,水冷结构的冷却效果有限。以一台15 kW、30 000 r/min的高速永磁电机为例,设计了一种风、水混合冷却结构,基于流固耦合的计算方法分析了水速、风向以及不同风道截面积对电机永磁体部位温升的影响,并得出了相对的最优值。与仅采用水冷结构相比,增加该风冷结构可使永磁体温升降低了18.1 K,该结构可对大功率高速永磁电机的冷却系统设计提供一定的参考。     

绕组形式对永磁辅助同步磁阻电机影响研究

本文首先对比了永磁辅助同步磁阻电机采用集中绕组和分布绕组时电机电感、反电势等参数的差异,然后分析了两种电机在抗退磁能力上的差别和原因,最后对两种电机的损耗和效率进行了对比。集中绕组永磁辅助同步磁阻电机和分布绕组永磁辅助同步磁阻电机在效率上基本相当,但在抗退磁方面有较大的差异。     

电动汽车驱动电机绕组端部喷淋冷却温度场分析

电动汽车驱动用永磁同步电机（PMSM）具有功率密度高、质量轻、体积小、内部机构紧凑等特点。因此,电机内部散热压力较大,若不能及时有效地散热,会产生严重的温升问题,限制电机功率。针对PMSM绕组端部发热严重的问题,采用喷淋冷却的方式,通过将冷却介质离散化,分析了不同喷嘴、不同流量和不同喷淋位置下的冷却效果和流体运动情况。选择合理的喷淋形式与喷淋流量后,将喷淋冷却与水冷电机绕组端部的温度场进行比较。分析结果证明了喷淋冷却的有效性,为后续的电动汽车驱动电机的喷淋冷却研究提供了一定的参考。     

基于流固耦合的电动汽车轮毂电机不同工况瞬态温度场分析

针对电动汽车轮毂电机在限定空间内散热难问题,以一台高功率密度永磁同步轮毂电机为例,选取典型过载爬坡、急加速和峰值转速三种行驶工况,采用流固耦合方法对永磁同步轮毂电机在电动汽车不同行驶工况下的瞬态温度场进行分析计算,在水冷结构基础上分析不同水道数量、水道宽度及冷却液流量对电机温度场及流阻的影响,并通过改进机壳结构,有效降低电机绕组端部温升,通过试验验证了仿真计算的准确性,为轮毂电机温度场计算和冷却结构的设计提供参考.     

新型整距绕组双凸极永磁电机工作原理及特性

提出了一种新型整距绕组双凸极永磁(DSPM)电机,分析了其工作原理,通过有限元方法计算4/6极整距绕组电机的磁场并对电机磁链、反电动势、电感及转矩等特性进行的分析表明,整距绕组DSPM电机具有双极性的磁链,在不改变结构的情况下电机的输出功率与集中绕组DSPM电机相等,可以减少铜导体用量,提高运行效率.在此基础上提出了两种增加整距绕组DSPM电机输出功率的方法,并对改进的三相24/10极整距绕组DSPM电机的反电动势进行了理论分析和实验研究,所得结果不仅证明了本文理论分析的正确性,而且首次揭示了磁通切换型永磁(FSPM)电机本质上就是一种整距绕组双凸极永磁电机,FSPM电机其功率密度高的内在原因并非磁链的双极性,而是多用了永磁材料,增强了气隙磁密.同时也说明了新型整距绕组DSPM电机较传统的集中绕组DSPM电机具有更高的做功能力.     

矿井10 kV高压永磁直驱电机电磁设计及分析

为了有效降低矿井用10kV集中绕组式高压永磁直驱电机的质量和体积、永磁体的涡流损耗，提高电机的转矩密度和散热能力，基于有限元法对电磁方案进行优化设计，计算了电机的空载特性和负载特性。对样机进行性能指标验证，结果表明有限元分析与试验结果基本一致，验证了电磁设计方案的正确性，为此类电机的优化设计提供了参考。     

初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较

初级永磁型游标直线(LPPMV)电机具有低速、大推力输出特性,特别适用于直线直驱系统。设计合理的绕组连接方式可有效改善电机性能。首先根据电机的运行原理,针对一台6/2极LPPMV电机提出了4种不同的绕组连接方式;其次通过有限元法,比较了LPPMV电机在不同绕组连接方式下的特性,包括空载感应电动势、电感,并在相同铜耗条件下计算了绕组的总质量、电枢电流、推力、铁心磁通密度以及铁耗等,以此得到了不同绕组连接方式下电机的运行效率;最后折中选择了一种绕组连接方式,制造了样机,并通过实验验证了电机的性能。     

风冷永磁驱动电机冷却设计及仿真分析

随着新能源汽车的快速发展,乘用车驱动电机趋向于高功率密度,这对电机的散热能力要求也越来越高.风冷永磁驱动电机由于其低成本在乘用车市场仍有广泛应用,但由于风冷本身冷却能力较差,风冷电机的冷却设计相对更为困难.以一台乘用车风冷永磁同步电机为研究对象,合理设计其冷却翅片结构,采用数值模拟方法对电机外流场及电机各部件的温度分布...     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

基于CFD的高速电机冷却结构设计与温度场分析

电机发热严重会加速绝缘材料老化，影响永磁体性能，冷却结构的合理设计可以提高电机散热能力，保证电机安全稳定运行。以一台40 kW、40 000 r/min高速永磁电机为例，设计了机壳螺旋型、轴向直槽型、径向Z字型、翅片式螺旋型4种水道。基于计算流体力学(CFD)理论从流动稳定性、压差、散热效果等多方面对4种水冷结构进行对比分析，揭示出最优冷却水道结构。设计了一种集成水冷和空冷混合冷却方式，通过对电机进行合理的简化和假设建立3D仿真模型，采用有限体积元法对电机进行热仿真分析，证实该冷却方式的有效性，为高速电机冷却结构设计提供一定参考。     

48 V被动油冷感应电机冷却性能研究

以48 V扁线绕组感应电机为研究对象,采用COMSOL软件温度场仿真计算方法,研究感应电机的转子旋转搅动冷却油的被动冷却方式对感应电机温度场分布的影响和热均衡效果。将三维电磁场分析的难度降维为电机轴向中部平面进行二维电磁场分析,以简化计算并得到其磁通密度分布图,由此计算出电机各部分的损耗值。建立该电机简化的三维全域仿真模型,并对其进行了大电流工况下瞬态热分析,仿真结果表明：被动油冷电机中气隙、转子、绕组的温升得到了明显减少。在两台相同性能参数的电机上进行空气冷却和被动油冷方式冷却温升试验,试验结果表明：与风冷系统相比,被动油冷系统能显著改善电机的转子、扁线绕组的温升,电机输出功率得到明显提升,是一种较为经济且可靠的散热系统。     

定子永磁型无刷电机系统及其关键技术综述

定子永磁型无刷电机是一类永磁体和电枢绕组均位于定子的新型永磁无刷电机,可方便地对永磁体和电枢绕直接冷却以控制其温度,并易于通过"永磁+电励磁"实现对电机气隙磁场的直接控制,从而获得无刷电机的宽范围调速;凸极转子既无永磁体也无绕组,结构简单可靠,适合高速运行;该电机兼具功率密度高、效率高、容错性能好、控制灵活等特点。该文介绍了定子永磁型无刷电机的基本结构与工作原理,总结了它们的共性规律和个性差别,对其分析设计方法、控制策略等关键技术进行综述,讨论了多种磁通调节方案和容错控制策略,分析了该电机系统在电动汽车、飞轮储能、轨道交通等领域应用的可行性和潜力,最后对该电机系统的主要研究方向进行了展望。     

高速永磁电机转子蒸发冷却系统数值模拟

对于大功率高速永磁电机,在高功率密度下转子散热困难,易造成永磁体发生不可逆退磁。为了解决转子的有效冷却问题,采用喷雾式新型蒸发冷却技术,利用相变吸热原理实现空心永磁转子蒸发冷却,基于计算流体力学方法,建立雾滴与空气的传热传质物理模型,对转子喷雾冷却系统进行数值模拟。研究表明,相变传热方式冷却效率高,转子的温度分布均匀,提高了高速永磁电机转子运行的可靠性和稳定性。本文提供的转子蒸发冷却计算方法,为蒸发冷却技术在大功率高速永磁电机转子冷却的应用提供理论依据。     

基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性，本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式，对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究，并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势；之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型，并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性；最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型，通过多目标遗传优化算法，对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明，针对兆瓦级直驱式风力发电机而言，采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势，本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。     

定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机损耗分析及效率优化

减速装置的引入使得轮毂电机分布式驱动系统对电机本体的效率提出了更高的要求。为了实现定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机在其常用工况下的高效率,该文分析了利兹线和扁线对定子槽满率的影响规律,建立了不同线型绕组的交流损耗计算模型,对不同线型绕组电机的交直流铜损进行了计算与对比分析,并基于损耗产生机理提出扁线绕组分股和换位的交流损耗抑制方法。在此基础上,针对轮毂电机驱动系统的常用工况,对不同线型绕组电机的损耗和效率进行全面对比。结果表明,采用该文提出的效率优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率,使用改进型扁线绕组的定子无铁心轴向磁场永磁电机适合作为减速驱动轮毂电机应用,尤其是对转矩需求较高的轮毂电机。试验结果验证了理论和仿真分析方法的正确性。     

电动汽车用永磁电机温升及冷却的研究

本文基于一台104kW,1250r/min的电动汽车用永磁电机,设计了螺旋与Z形的水冷结构,基于流固耦合法,对两种冷却结构下电机的流体场与温度场进行分析,详细对比了两种水冷结构下的电机绕组、铁心的温升以及轴承和永磁体的温度。另外,为了进一步优化电机的冷却结构,本文设计了不同数量、宽度的水路,研究不同水路结构对电机温升的影响。最后基于设计好的水冷结构,给定不同的冷却水速,研究水流速度对电机温升的影响,并进行了不同水流速度下的温升试验。将实验值和计算值进行了误差分析,其误差在工程允许范围内,验证了冷却方案的可行性