近极槽永磁电机绕组配置和不等齿宽的研究

研究了绕组配置和定子齿宽对近极槽永磁电机的性能影响。比较了近极槽永磁电机隔齿绕组和全齿绕组的性能特点,设计了6种不等定子齿宽方案,对6种方案电机的输出转矩、齿槽转矩和脉动转矩等特性进行了比较分析。结果表明:隔齿绕组永磁电机采用合适的不等定子齿宽结构可提高电机的转矩密度。     

不等齿宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机转矩的方法

在一些特殊的低速直接驱动应用场合,要求电机要有较高的转矩密度.传统等齿宽近极槽永磁同步电机的齿槽结构约束磁负荷和线负荷的关系,成为其实现高转矩密度的瓶颈.为提高近极槽永磁同步电动机的转矩输出能力,采用交替不等齿宽和齿顶宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.通过分析多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的电路和磁路结构,推导了电枢齿齿磁通的解析表达式,揭示了交替不等齿宽提高电机转矩的本质.最后利用Ansoft有限元仿真软件分析了96槽80极外转子永磁同步电动机在不同齿宽时的转矩,以及电枢齿和辅助齿的齿磁密.结果表明,采用交替不等齿宽和齿顶宽降低了电机定子齿的饱和度,大幅度提高了隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.     

工业机器人用永磁同步电机的设计

机器人用永磁同步电机要求具有高转矩倍数、高效率和低转矩脉动等特性。通过分析电机的技术要求,确定了该电机的基本尺寸参数。用有限元分析软件对电机进行分析和仿真。对常用的永磁电机的槽极配合进行分析,选择最佳的槽极配合。采用不等厚永磁体结构,对电机的齿槽转矩进行优化。设计了大小圈绕组结构,有效地提高了电机的效率。为工业机器人用永磁同步电机的设计和改进提供了一种设计的方法。     

模块化多单元磁通切换电机设计与特性分析

该文提出一种具有高转矩密度、低转矩脉动的新型模块化多单元磁通切换(modularelementaryfluxswitching permanentmagnet,ME-FSPM)电机结构，研究槽极配合对电磁特性的影响。基于气隙磁场调制原理，从永磁磁场调制的角度阐明ME-FSPM电机气隙磁导调制系数对永磁磁密调制谐波影响规律。由于轴向模块配合与集成环形绕组拓扑，ME-FSPM电机不同槽极配合下具有高绕组因数特征，进而针对性的定义气隙磁导调制系数是决定永磁磁链基波幅值的关键参数。依据气隙磁导调制系数模型，揭示电负荷恒定下转子极数与电磁转矩变化规律。基于气隙磁密分布规律，分析模块配合下齿槽转矩抑制原理，依据槽极配合选择实现齿槽转矩基波抵消以及输出转矩提升，提出ME-FSPM电机槽极配合选择方法。最后，在6槽ME-FSPM电机结构下，选择6槽/7极和6槽/8极结构具有良好的转矩特性，并通过仿真与实验验证理论方法的合理性与有效性。     

三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机铁心的优化设计

Halbach磁铁阵列和集中绕组的分数槽绕组应用于永磁同步电机可提高输出转矩并降低转矩波动,满足伺服系统快速性和高精确度的要求,但需要对电机铁心进行再设计。依据Halbach磁铁阵列的理论建立了每极三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机磁场的模型,并分析了气隙磁场特点,提出采用集中绕组的分数槽绕组削弱齿谐波。分析电机铁心的结构特点,确定多个关键尺寸为设计变量,以一定电流的最大转矩平均值和最小转矩波动为主要优化目标,采用Taguchi方法简化优化设计的计算,并建立了双层的优化模型。以一台8极9槽的伺服电动机为例,采用有限元计算,阐述了每极三段Halbach磁铁阵列永磁电机多变量、多目标的优化过程。     

基于不等匝绕组的交替极永磁电机转矩脉动抑制技术

交替极电机的永磁体被凸极铁心替换会形成不对称的空载气隙磁密，导致气隙磁密偶次谐波，进一步在相反电动势中感应出偶次谐波，增加电磁转矩脉动。当交替极永磁电机的极槽配合符合N_s=k(2P±1)(k是正整数，N_s和P分别是定子槽数和转子极对数)时，相反电势中会存在偶次谐波。为此，提出不等匝绕组技术消除交替极永磁电机的低次反电势偶次谐波，抑制电磁转矩脉动。首先推导了消除2次和4次反电势谐波的最优比例，然后以27槽30极电机为例，采用2维有限元方法对比分析了交替极和传统永磁电机的反电势和转矩特性，结果表明，采用不等匝绕组的交替极电机转矩脉动仅为1.2%,与传统电机相比下降了7.84个百分点，最后加工了不等匝绕组27槽30极交替极永磁电机对对理论和有限元分析进行了验证。     

绕组类型与极槽配合对永磁同步电动机性能的影响

主要研究了单双层绕组及不同的极槽配合对分数槽绕组永磁同步电动机性能的影响.通过建立8极18槽、16极18槽、20极18槽的单、双层绕组分布的永磁同步电动机的二维模型,得到绕组分布图.分别进行有限元仿真计算,得到各模型的磁力线分布图、电磁转矩波形、转矩脉动波形、齿槽转矩波形和空载反电动势波形,通过对这些波形的分析得出不同绕组类型与极槽配合对电机性能影响的规律.     

新型数控转台双转子永磁环形力矩电机设计

为提高电机转矩密度,研究了一种直接驱动式新型数控转台双转子永磁环形力矩电机,以适应数控机床作业空间有限的要求。定子绕组采用串联背绕的绕线方式。采用近极槽数的特殊集中分数槽绕组解决了电机多极数,低转速情况下电机极、槽配合的矛盾。通过有限元分析方法对电机性能进行分析计算,电机保持较高的绕组系数,验证了电机具有较高的转矩密度,说明了所述设计方法的合理性和有效性。     

永磁无刷轮毂电机分数槽绕组的设计与分析

永磁电机由于齿槽效应产生的定位转矩和转矩脉动,在转速较低的轮毂电机中尤为显著.无刷直流电机常用的整数槽绕组节距较大,且绕组相互重叠,使得绕组端部很大.该文对于极对数不同的整数槽绕组电机模型和分数槽绕组电机模型的绕组和定位转矩进行对比研究.理论分析表明分数槽绕组能够有效减小电机定位转矩与转矩脉动,减小绕组端部长度.最后使用有限元仿真对理论分析进行了验证.     

分数槽集中绕组永磁电动机的槽极选择与径向力分析

介绍了分数槽集中绕组永磁交流电动机槽极选择的主要依据。简要介绍了永磁电机径向力波分析的理论,重点分析了分数槽集中绕组永磁交流电动机的主要谐波类型。利用有限元分析方法计算了10极分数槽集中绕组永磁交流电动机的谐波磁场,进行了径向力波分析。综合对比不同槽数下电动机的绕组系数、低阶力波含量和齿槽转矩,选择出合适的槽极配合。     

分数槽绕组对永磁同步电动机性能的影响分析

理论分析分数槽绕组对永磁同步电机齿谐波电动势、电枢反应磁动势和齿槽转矩的影响。以3相4极永磁同步电机为例,运用Ansoft Maxwell分别建立整数槽绕组电机模型和分数槽绕组电机模型,对电机的电枢反应电动势、气隙磁动势和齿槽转矩进行仿真分析。对比仿真结果验证理论分析的正确性。     

槽口宽度对分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩的影响

基于分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩产生的机理,运用能量法和傅里叶分解推导出分数槽集中绕组永磁电机的齿槽转矩解析式,确定气隙磁导平方的傅里叶分解系数与槽口宽度之间的相互关系,得到抑制齿槽转矩的槽口宽度计算方法。借助于Ansoft有限元软件,仿真分析不同极槽配合的永磁电机槽口宽度对齿槽转矩的影响。仿真结果表明,整数槽永磁电机的齿槽转矩随槽口宽度的增加而增加;分数槽集中绕组永磁电机选择合适的槽口宽度可显著抑制齿槽转矩,改善电机的转矩品质。采用有限元仿真与解析法两种计算方法,得到的齿槽转矩随槽口宽度变化的规律是相似的,验证了解析式的有效性,为精细化设计提供了依据。样机测试结果与有限元仿真值基本吻合,进一步验证了仿真方法的正确性。     

星–三角接法的多层绕组分数槽永磁电机谐波磁动势分析

为解决分数槽永磁电机电枢绕组磁动势中存在高幅值低次谐波这一难题,该文对多层绕组采用星-三角(Y-(35))接法的分数槽集中绕组永磁电机进行理论分析,推导出适用于任意匝数比例、机械角度差的谐波磁动势计算方法,并由三相电机推广到m相分数槽永磁电机。基于该方法,该文进一步以10极12槽分数槽永磁电机为例,研究如何利用Y-(35)接法的多层绕组结构抑制高幅值低次谐波磁动势的方法,并给出其绕组匝数比例、偏移角度的关系表达式。最后,利用有限元软件建立不同绕组层数、不同接法的三相10极12槽永磁电机的二维有限元模型。仿真结果表明,当多层绕组分数槽永磁电机采用给定的绕组匝数比和偏移角度的Y-(35)接法绕组时,可以有效抑制低次高幅值谐波,减少分数槽永磁电机中铁心和永磁体涡流损耗,提高电机的运行性能。     

低振动噪声永磁同步电机极槽配合的选择

永磁同步电机的极槽配合是影响电机齿槽特性和振动噪声特性的重要因素之一。理论上分析了永磁同步电机电磁力波特征参数和极槽配合的关系,重点讨论常用极槽配合齿槽转矩和电磁力波特性。建立了永磁同步电机的多物理场有限元耦合模型,比较了几种典型分数槽集中绕组情况下电磁力波和噪声机理特性,得出低振动噪声永磁同步电机极槽配合的选择原则。     

基于气隙磁场调制理论的永磁同步电机磁场分析与特性对比

从气隙谐波磁场的角度对具有相同尺寸参数的12槽4极整数槽分布绕组与6槽4极分数槽集中绕组永磁同步电机进行了综合对比。基于气隙磁场调制理论,建立了分布绕组与集中绕组永磁同步电机的气隙永磁磁场和电枢反应磁场模型,分析了分布绕组与集中绕组永磁同步电机气隙磁场特性,并通过有限元进行验证。基于气隙磁场特性,通过有限元分析了两种电机的齿槽转矩、空载反电动势、输出转矩及其随电流的变化、永磁体损耗及其随转子速度的变化。基于气隙谐波磁场总结了分布绕组与集中绕组永磁同步电机的优缺点。     

不同极槽配合内置永磁电机转矩性能研究

内置式永磁电机的极槽配合影响电机的磁路结构与绕组分布,在电机的设计过程中,选择合适的极槽配合可以提高电机的转矩性能。文中利用相量图说明了空载特性与输出转矩的关系,分析了极槽配合对空载特性的影响规律。以分数槽的极槽配合建立了分别采用集中绕组与分布绕组的四种二维模型。利用有限元计算方法,得到空载气隙磁密与反电势波形、额定条件下的输出转矩情况。结果证明极槽比为5/6的整数倍时,电机的空载特性与转矩性能得到了改善,性价比得到了提高。     

单双层混合绕组型低互感五相容错永磁电机的电磁问题研究

单双层混合绕组型多相容错永磁同步电机具备良好的相间物理隔离、热隔离和磁隔离能力,通过改变绕组跨距角可以改善定子磁动势谐波分布,在一定程度上降低转子涡流损耗,从而更好地兼顾容错能力和运行性能。该文针对单双层混合绕组型五相容错永磁电机展开研究,基于绕组因数分析,给出该类电机极槽配合选取原则和定子磁动势谐波分布规律,以及典型方案下的谐波比漏磁导系数随绕组跨距角的变化规律。进一步研究容错齿尺寸、模块间气隙宽度、槽口宽度等尺寸对磁动势谐波分布、转矩、互感和齿槽转矩的影响,给出高功率密度、低互感和低齿槽转矩设计原则。通过与传统单、双层分数槽集中绕组电机对比,证明了单双层混合绕组电机在磁隔离能力等方面的优势。研制了五相15槽12极单双层混合绕组电机样机,通过实验对理论分析结果进行了验证。     

高转矩性能多相组永磁电机及其关键技术综述

多相组永磁电机具有转矩密度高、转矩脉动小、容错能力强的优点，在航空航天、舰船推进等高转矩性能应用场合得到广泛的关注。首先，该文探讨多相组永磁电机的绕组拓扑特点，分析其转矩性能提升机理，归纳转矩性能最优的相移角设计规律。其次，总结了近年来国内外学者在多相组永磁电机领域已开展的工作，重点围绕槽极配比、拓扑结构、相组间联结方式等关键技术进行介绍。然后，基于电流谐波注入和永磁体谐波注削技术，进一步阐述了提高多相组永磁电机转矩性能的方法。针对多相组永磁电机高可靠设计技术，从短路电流抑制、相间独立性提高、绕组余度提升的层面进行了整理和归纳。最后，对高转矩性能多相组永磁电机进行总结与展望。     

直驱型多相永磁同步电机转矩脉动及损耗特性

与普通三相电机相比,直驱型多相永磁同步电机具有相数多、极槽匹配与绕组排布多样、中性点连接与PWM控制方式多样等特点,这使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能也具有一定的特殊性。因此,有必要对其主要性能进行细致的研究:本文分析了电机转矩脉动及损耗与谐波磁场的关系;采用有限元软件Ansoft对目标电机进行建模,研究了直驱型多相永磁同步电机特有因素(相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组排布)对电机转矩脉动及损耗的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数、合理的选择中性点连接方式,可以有效地减少电机磁场谐波含量,降低电机的转矩脉动及损耗。     

分数槽集中绕组高效内置式永磁同步电机研究

采用高绕组系数的槽极配合方案,是高效永磁同步电机设计的重要技术方案。使用有限元软件仿真分析,针对分数槽集中绕组高效永磁同步电机进行研究,包括12槽8极、12槽10极星型绕组、12槽10极星-三角混合绕组。分析了影响电机效率的绕组系数、绕组磁动势谐波、转子涡流损耗要素,仿真计算电机效率,并实测电机效率,验证了12槽10极星-三角混合绕组电机效率提升明显。通过仿真计算定子模态来避免与低阶径向电磁力发生共振,并实测电机振动,得到12槽10极星-三角混合绕组电机振动变大的结果。综合对比电机效率和电机振动,为高效永磁电机的开发设计方案选择提供参考依据。