横向磁通永磁直线电机损耗的研究

针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.     

新型定子永磁型动铁心式横向磁通直线振荡电机

传统定子永磁型动铁心式横向磁通直线振荡电机因采用定子齿表贴永磁体,其磁通路径为串联结构,因此存在永磁体用量大、材料成本高、维护难度大等缺点,严重阻碍了该类电机的商业化应用。提出一种新型定子永磁型动铁心式横向磁通直线振荡电机,将传统定子齿面表贴的永磁体内嵌于定子轭部。首先对新型拓扑结构及其运行原理进行了详细阐述,建立基于尺寸参数的解析模型;基于体积、铜耗不变的原则,利用所推导的解析模型对其尺寸参数进行了优化,并用有限元法验证了优化结果的准确性;最后比较了新结构与传统结构的主要性能指标。大量结果表明,在相同体积与铜耗的前提下,新结构具有更高的材料利用率和更低的制造、维护成本。     

轴向磁通无铁心永磁电机多层矩形扁线绕组涡流损耗解析计算及优化

轴向磁通无铁心永磁电机的定子为无铁心结构，采用扁线绕制的定子绕组盘，具有槽满率高、平整度好、加工简单等特点。但是相对于圆形导线，矩形扁线具有截面积较大、涡流损耗大的缺点，导致电机损耗偏高、效率偏低。该文根据轴向无铁心电机磁场的三维分布特性，针对矩形扁线涡流损耗分布不均匀的特点，推导了定子无铁心扁线绕组特有的涡流损耗快速计算方法。在此基础上，基于涡流损耗的产生机理并以绕组铜耗最小为优化目标，建立了扁线绕组最优参数的求解公式。采用三维有限元软件仿真及样机测试的方法，验证了涡流损耗解析计算方法的有效性和准确性。结果表明，该文提出的涡流损耗计算公式以及导线参数优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率，所得结论可为轴向无铁心电机定子绕组的设计及优化提供理论依据。     

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。     

考虑旋转磁通的PMSM铁心损耗数值计算

为了准确计算交流永磁同步电机(PMSM)铁心损耗,采用二维有限元法对PMSM定子与磁极区域电磁场进行了分析研究,阐述了定子铁心不同区域磁场的变化规律及磁极区域涡流场的分布规律.在此基础上,借助谐波分析的方法,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,给出了一种较准确求解定子铁心损耗和PMSM转子涡流损耗的计算方法,并与传统的计算方法进行了比较.结果表明,考虑旋转磁场及谐波磁通密度影响时的定子铁心损耗计算值与传统的仅考虑交变基波磁通密度时的损耗计算值相比有显著增加,更接近于实际测量值,磁极涡流损耗值与定子槽口大小密切相关,占电机总损耗的比重较大,是不可忽略的.     

电动闸阀直驱永磁电机的设计与温度场分析

针对驱动电动闸阀的电机提出的转速低、转矩密度大、工作时间短的要求,以及工作在高温高压特殊环境中的特点,采用短时工作制直驱永磁电机代替低速性能差、转矩小的感应电机,并对电机的基本结构进行了设计。较高的热负荷会使电机温升问题变得突出,因此建立了永磁电机三维瞬态温度场求解模型,通过计算出的电机定子绕组铜耗、定子铁心损耗、永磁体涡流损耗和表面散热系数,得到电机三维瞬态温度场仿真结果。     

异步电动机的空载铁耗

中型异步电动机空载铁耗在电机总损耗中所占的比例约为20～40％,铁耗的大小直接影响到电机的效率和温升。空载铁耗由基本铁耗和附加铁耗组成。基本铁耗是指主磁通在定子齿和轭中引起的磁滞损耗和涡流损耗。主磁通相对于转子的变化频率很低f_2=Sf_1(转差率S≈1～3％,f_1=50周/秒),近似于不变的直流磁通。因此主磁通在转子铁心中引起的损耗可忽略不计。空载附加铁耗是指齿槽引起的谐波磁通在定、转子铁心中产生的损耗,由于谐波磁通在铁心表面和齿体内部变化规律的不同,又可分为谐波磁通的“横振荡”和“纵振荡”。“横振荡”在定子铁心内圆表面和转     

轴向磁通非晶合金永磁电机空载铁耗的解析计算方法

非晶合金材料具有出色的低损耗特性,利用非晶合金替代硅钢片制作轴向磁通永磁电机铁心可有效降低电机铁心损耗,但替代后的非晶合金电机的损耗结构也将发生改变。在电机初始设计阶段,快速准确计算出电机的空载铁耗是轴向磁通非晶合金电机设计及优化的关键。该文针对3D时步有限元计算耗时长的问题,改进现有多环等效模型计算方法,推导了气隙磁密、定子铁心损耗和永磁体涡流损耗的解析解,构建了空载铁耗的解析计算模型。利用3D有限元对解析模型计算值进行了验证,结果显示解析计算模型计算误差仅为9.42%。利用该解析模型分析槽口和气隙长度对空载铁耗的影响,结果显示采用减小槽口宽度降低空载铁耗的效果更为明显。     

高速永磁无刷电机电磁损耗的研究概况(英文)

高速永磁无刷电机得到越来越多的关注,其电磁损耗及抑制措施就是一个研究热点。首先,由于基波频率高(可达到1 kHz以上),定子绕组的集肤效应和临近效应产生附加铜耗。附加铜耗可以通过采用细导线并绕的方法来抑制。其次,定子铁心中的磁场交变频率高,导致铁耗明显增加。为降低定子铁耗,需要设计较少的电机极数、远低于常规电机的定子铁心磁密,并采用低损耗的铁心材料。再次,由于定子磁动势的谐波频率及气隙磁场的变化频率都数倍于基波频率,在转子中产生涡流损耗,而这种涡流损耗在中、低速永磁无刷电机中往往是忽略不计的。为抑制转子涡流损耗,应减小定子磁动势的谐波分量,也可采取减小定子槽开口、加大气隙长度、对永磁体进行轴向分块、采用转子导电屏蔽层、对转子保护套周向开槽等措施。此外,适当的控制策略(如永磁无刷直流电机超前触发、永磁同步电机弱磁控制)也有助于减小电磁损耗。     

热声横向磁通永磁直线电机结构及运行特性分析

以热声发电系统的运行特性为基础,采用轴向叠片结构的横向磁通永磁直线电机能量转换装置,横向磁通永磁直线电机次级铁心上加装永磁体,横向及轴向相邻永磁体极性相反。通过有限元分析可知,电机的主磁通通过次级永磁体经由气隙-初级铁心进入相邻的横向永磁体构成磁回路,磁回路平面与电机运行方向正交。在行程小于1.5τ_(axial)的合理行程范围内,沿轴向各处的径向气隙磁感应强度呈现准方波形式,气隙磁感应强度幅值为0.78T,在频率为110Hz,幅值为4.71m/s的正弦速度运行状态下,输出电压幅值为137V,基波含量达95.7%,证明横向磁通永磁直线电机适用于热声发电系统这类高频短行程往复振荡运行工况。     

高速永磁同步电动机铁耗分析

为分析高速永磁同步电动机定子各区域的铁耗分布情况,以一台额定功率为250 k W、额定转速为67 002 r/min的高速永磁同步电机为例,建立高速永磁同步电机的二维有限元计算模型,对定子区域进行划分,研究一个周期内各个区域径向磁密和切向磁密的变化规律,采用不同的铁耗计算模型计算出定子铁心各区域铁耗的分布特性,将定子铁耗计算结果与有限元计算结果相比较,并进一步分析高速永磁同步电机的铁耗密度分布特点。计算结果表明,高速永磁同步电机稳定运行在较高的频率时,定子铁心中的涡流损耗占总铁心损耗的比重最大,附加损耗占比最小。当考虑旋转磁场和谐波分量的影响时,定子铁心损耗的大小明显高于仅考虑交变磁场影响时的损耗,更接近有限元计算结果。虽然定子齿顶的铁耗最小,但该区域的损耗密度最大,此外,定子铁心的各个区域还存在大量的谐波铁耗。此研究可为后续高速永磁同步电机设计提供一定参考。     

双C型定子横向磁通永磁电机的优化设计

介绍了一种新型横向磁通永磁电机的工作原理,并分析了电机的结构特点。通过Maxwell软件建立该横向磁通永磁电机的三维有限元模型,并对电机在运行状态下的电磁分布进行仿真,计算永磁体涡流损耗平均值。仿真结果显示,定子与转子间气隙存在明显的漏磁现象,对定子形状进行改进来减小漏磁,并通过计算表明,改进后电磁转矩增大了27. 3%;对永磁体涡流损耗进行了分析,提出在转子内侧添加铜层来减小永磁体涡流损耗的方法,并通过设置变量计算出该方案的最佳铜层厚度。     

双极性分块转子开关磁阻电机

针对单极性励磁时四相8/6结构分块转子开关磁阻电机的定子磁通冲突问题,把双极性励磁方法应用于四相8/6结构分块转子开关磁阻电机,基于2D有限元建立双极性分块转子开关磁阻电机的场路耦合模型,计算双极性分块转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗,并在(r,θ)坐标系中细致描述定子铁心和转子铁心特征区域的磁密周期性变化规律,最后应用双频法分离铁损获得铁心的涡流损耗和磁滞损耗.计算结果表明,与同等双极性励磁的8/6结构双极性普通开关磁阻电机相比,8/6结构双极性分块转子开关磁阻电机的转矩脉动大,但铜耗减小约32%,铁耗减小约35%.     

圆筒型永磁直线电机的设计及有限元分析

圆筒型永磁直线电机是一种新型的电力传动装置,它能将电能直接转换成直线运动所需的机械能,并且具有反应速度快、结构简单等优点而广泛应用于直线驱动领域。为了改善圆筒型永磁直线电机气隙磁密波形的正弦性并提高其推力性能,结合有限元分析法分别从槽极数配合、绕组分相、初级铁心长度选取等方面系统地分析了各参数对电机性能的影响。最终确定圆筒型永磁直线电机结构参数,所得结论为圆筒型永磁直线电机设计提供理论依据。     

高速永磁无刷直流电机损耗优化设计研究

为提高便携式电动检修工具的续航能力并减少其发热，需要降低电动工具驱动用高速永磁无刷直流电机的损耗。本文提出一种通过结合定子裂比和铁心磁通密度优化实现损耗最小的BLDCM设计方法。构建了BLDCM的电磁模型，推导出铜耗、铁耗等损耗与定子裂比及铁心磁通密度的解析关系，求解使总损耗最小化的定子裂比与铁心磁通密度最佳组合。以一台20000 r/min的高速无刷直流电机为例，通过有限元仿真和实验测试对所提优化方法的准确性进行了验证。仿真和试验结果表明，所提BLDCM优化设计方法可以有效获取最优定子裂比和磁场强度，进而确定电机最优方案，使电机损耗最小。     

逆变器供电永磁同步电机铁耗和永磁体损耗分析

为了模拟逆变器供电变频调速永磁同步电机铁耗和永磁体损耗的精确计算,采用非线性电感参数电机模型与矢量控制技术构建电机系统性能仿真平台,开展基于SVPWM矢量控制的高密度永磁同步电机损耗相关技术研究。以48槽8极高密度永磁同步电机为例,研究逆变器供电变频调速永磁同步电机电流时间谐波对铁耗和永磁体损耗的影响,仿真分析逆变器参数与定子电流畸变率之间的关系。仿真分析表明,电流时间谐波是产生永磁体涡流损耗的主要因素;电流时间谐波对铁心涡流损耗影响大,对铁心磁滞损耗影响小;在一定的范围内,当载波比和调制比增大时,电流畸变率减小,铁耗和永磁体涡流损耗也随之减小。与正弦波供电方式相比,用逆变器供电仿真计算得到的铁耗和永磁体损耗值更接近样机实验数据,进一步验证了仿真分析方法的准确性。     

新型斜气隙圆筒型横向磁通切换直线电机及其建模分析

该文提出一种斜气隙圆筒型横向磁通切换直线电机(oblique air-gap tubular transverse flux switching permanent magnet linear motor,OATTFS-PMLM)的方案,该新型直线电机综合磁通切换永磁直线电机和横向磁通永磁电机的优点,电枢绕组和永磁体均位于电机初级,次级结构只有铁心,且电负荷和磁负荷在结构上互相解耦,采用斜气隙和圆筒型结构,减小气隙磁阻和避免横向端部效应,具有次级结构简单、可靠性高且带负载能力强的优点。介绍该种电机的基本结构和运行原理,建立基于磁导的电机数学模型,并推导出空载主磁通、空载反电动势、电磁力与主要尺寸之间的关系式。分别通过二维和三维有限元法(finite element method,FEM)仿真计算电机磁场,并通过与传统圆筒型初级永磁直线电机对比研究,分析所提电机结构的合理性和有效性。研制一台实验样机,进行空载感应电动势和静态推力的测试实验,通过对比实验和仿真结果,验证理论分析的有效性和新结构电机原理的正确性。     

圆筒型横向磁通永磁直线电动机推力波动分析

以减小圆筒型横向磁通永磁直线电动机推力波动为主要目标,分别从定位力和波动力两方面展开研究。提出单相三维有限元法与傅里叶变换相结合的方法计算电机的定位力,在保证计算准确度的前提下,有效地缩短了定位力的计算时间。分析定子单元铁心厚度与极距之比对定位力大小的影响,结果表明通过对定子单元铁心厚度与极距之比的合理选取,可有效地降低电机的定位力。针对波动力的抑制,选择合适的定子单元铁心厚度与极距比、永磁体厚度和永磁体周向极弧系数来减小波动力。     

高速永磁电机铁耗的分析和计算

高速电机由于高频供电,定子铁心内磁场变化频率的增高,导致铁耗增大,准确的铁耗计算显得尤为重要.本文通过实际测量有取向电工钢片不同频率和不同轧制方向的铁心损耗,对实验数据进行回归分析,确定铁耗计算模型中磁滞和涡流损耗系数.通过有限元分析,根据定子铁心不同区域磁场的变化规律,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,对一台额定转速为60000r/min的高速永磁电机的铁耗进行了分析计算,并与试验结果进行了比较.结果表明,考虑旋转磁场及谐波磁场分量影响时的铁心损耗更接近实际测量值.     

永磁-感应子式混合励磁发电机三维暂态温度场的计算与分析

根据传热学理论,建立了永磁-感应子式混合励磁发电机电磁稳态条件下三维暂态温度场求解模型;给出了基本假设及相应的边界条件,确定了电机各部分的导热系数及表面散热系数;根据电磁场计算,得出了电机定子铁心损耗、绕组铜耗、转子涡流损耗及机械损耗等热源的分布;采用有限元法对电机三维暂态温度场进行了计算,分析了励磁电流、电机转速及负载类型对电机温度场的影响。通过样机实验对温度场的计算结果进行验证。