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。     

电动汽车用永磁同步电机定子结构固有频率分析

现代电动汽车驱动电机追求高密度低噪声和宽广的速度运行范围,模态频率的准确预测直接影响电磁振动噪声的预测和抑制。该文基于一台48槽8极车用永磁同步电机,研究分析定子绕组结构、绕组浸漆和绕组端部对电机定子结构固有频率的影响。首先,应用解析法估算定子结构的固有频率,将定子铁心(包括槽内绕组)和绕组端部等效成两自由度系统,分析绕组端部对定子固有频率和振型的影响;然后,建立逼近实际电机定子铁心的有限元模型,分析绕组及浸漆对定子铁心固有频率的影响;最后,用锤击模态实验方法验证解析法计算结果的正确性和有限元模型的精确性。     

AFIR盘式永磁电机定子系统固有频率及电磁噪声计算

将盘式电机定子铁心及端盖等效成环形板,利用环形板横向振动固有频率的计算公式并加以适当变形,得到了该结构电机定子系统的固有频率计算公式;运用该公式对样机的定子系统固有频率进行计算,并与实验结果对比,取得了较好的一致性;证明了运用本文的方法计算盘式结构电机定子系统固有频率的可行性,并有助于确定引起电磁噪声的谐波源.     

一种抑制永磁盘式电机齿槽转矩的新方法

齿槽转矩最小化是高性能低成本永磁盘式电机设计所追求的目标之一。以一永磁盘式轮毂电机为研究对象,围绕盘式电机齿槽转矩优化问题,提出一种定子齿顶增加辅助凸部以抑制齿槽转矩的新方法;随之推导了基于能量法与傅里叶变换的此优化策略下永磁盘式电机齿槽转矩解析式,并将其应用于齿槽转矩的定性分析;而后应用三维电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell模拟计算此化策略下盘式电机的齿槽转矩,并将辅助凸部参数对齿槽转矩的影响进行了详细探讨;而后根据有限元仿真结果试制了一样机并搭建了相应的测试系统,实验结果也验证了仿真的正确性。研究表明,合理的辅助凸部的引入能较大程度的抑制齿槽转矩,且新工艺的应用能显著降低盘式电机的生产制造成本。     

考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

随着航空装备性能不断提高,对高速永磁电机的功率密度要求不断提高,电磁方案的极限设计使定子饱和效应越发明显。定子饱和会直接影响磁导谐波变化和转子涡流损耗大小。本文将子域法和等效磁路法结合进行迭代计算,提出一种考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型。利用该解析模型计算了不同气隙长度、不同槽口大小对转子涡流损耗的影响。最后以一台航空高速永磁电机的进行实验测试,将解析结果与实验结果、有限元结果进行对比,验证解析模型的正确性。     

基于PCB绕组的盘式永磁同步电机温度场分析与冷却方式研究

盘式无铁心电机通常体积比较小,功率密度高。定子绕组采用印制电路板结构(printed circuit board,PCB)的盘式无铁心永磁同步电机,其温升直接影响着PCB基材和永磁体的性能。文中以基于PCB绕组的盘式无铁心永磁同步电机为研究对象,根据传热学原理,建立电机三维温度场计算的数学模型。采用有限元法对电机进行了温度场仿真分析,研究电机的发热以及电机各部件的温度情况。通过与实验数据对比,验证了所建模型的合理性和计算结果的准确性。最后通过增大电机机壳与PCB定子的接触面积研究电机温度的变化,优化了电机温升,为基于PCB绕组的盘式电机冷却方式的研究提供了一些参考依据。     

PCB定子无铁心盘式电机分布式绕组的对比分析

针对印制电路板(PCB)定子绕组的特点,以PCB定子无铁心盘式电机的输出功率最大化作为目标,设计一种应用于PCB定子无铁心盘式电机的分布式绕组,并将这种绕组与传统的螺旋形绕组进行对比分析。首先建立PCB定子盘式电机的三维解析模型,给出所设计的分布式PCB绕组的结构及特点,推导出电机的反电动势及绕组损耗等解析式。然后采用有限元法对应用两种绕组的PCB定子无铁心盘式电机进行仿真分析,对比采用两种绕组对PCB定子无铁心盘式电机多方面的性能影响。结果表明分布式绕组的应用使PCB定子电机获得更高的输出功率,同时减小了电机的绕组损耗,也为PCB定子无铁心盘式电机的设计提供一定的参考依据和实际工程价值。     

盘式永磁同步风力发电机的设计

本文介绍双转子单定子盘式永磁同步风力发电机的设计。用软磁复合(SMC)材料来形成定子铁心,同时采用结构简单的背靠背绕组,使电机的制造变得容易。用等效磁路法对5 kVA盘式永磁同步发电机进行了设计,并用有限元法对其进行了验证,计算和仿真结果表明此设计方案是可行的。     

永磁游标电机的保角映射解析法建模与分析

由于永磁游标电机定子槽开口形状复杂,故采用基于保角映射的解析法模型计算的永磁游标电机的电磁性能存在计算误差大的问题。本文提出一种基于完全保角映射的永磁游标电机的解析法模型,通过完全保角映射将永磁游标电机的有槽气隙区域变换到无槽的气隙区域,并建立两者之间的函数关系。变换后的永磁电流和绕组电流在无槽气隙的磁场分布直接通过黑格方程计算得到,最终得到永磁游标电机的解析法模型。该电磁计算方法可以提高永磁游标电机的设计效率。通过一个外转子的分裂齿永磁游标电机验证了该方法。     

双定子永磁电机内外定子绕组相轴相对位置确定方法

确定内外定子绕组相轴相对位置是双定子永磁电机设计安装过程中必须解决的问题.本文推导了永磁电机定子绕组相轴位置与电机设计参数关系的解析表达式,并分别以整数槽、分数槽绕组电机为例,将解析表达式求解结果与槽导体电势星形图分析结果进行对比;采用有限元方法分别计算了内外定子均为分数槽和内定子为整数槽外定子为分数槽两种情况下的双定子永磁电机电磁特性;最后测试了内外定子均为分数槽样机绕组的相电动势波形.研究结果表明:解析表达式分析结果与槽导体电势星形图分析结果完全一致,有限元分析结果与实验结果吻合很好,验证了理论分析的正确性.本文所得解析表达式能准确计算永磁电机定子绕组相轴位置,适用于三相60°相带分数槽双层分布式、集中式绕组电机及整数槽绕组电机.     

矩形与面包形磁钢永磁同步电机噪声对比分析

为了对比分析矩形磁钢和面包形磁钢永磁同步电机运行时产生的0阶振动噪声,从理论上对电机的径向电磁力波进行推导,对力波的的磁密来源进行了分析,讨论了两种不同磁钢形状的永磁同步电机的0阶振动噪声。基于Workbench仿真平台,对这两种不同磁钢形状的36槽24极永磁同步电机进行仿真分析,得到两种电机的0阶6倍频力波的组成和0阶径向电磁力波的傅里叶分析结果;对电机定子的结构分别进行有限元建模和解析计算,得出电机结构的固有模态;通过解析计算的方法,得到电机定子表面的0阶电磁力振动位移频谱图;最后,通过计算电机的声辐射效率,对电机外部声场进行快速建模,计算出电机0阶电磁力声功率级频谱图。研究表明:面包形磁钢永磁同步电机的振动噪声要远小于矩形磁钢永磁同步电机的振动噪声。     

面装式永磁同步电机无差拍直接转矩控制

为解决永磁同步电机传统直接转矩控制脉动大、开关频率不恒定,以及现有永磁同步电机无差拍直接转矩控制计算复杂、电压矢量解不唯一的问题,在电压源逆变器受限的情况下,针对表贴式永磁同步电机提出了一种简化无差拍直接转矩控制,计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现,保证逆变器开关频率恒定,该方法计算简单,无需计算二次方程。考虑到控制系统的延时,对电流进行预测计算,同时为提高定子磁链和电磁转矩的计算精度,设计采用观测器方法对定子磁链观测。仿真和实验结果表明,永磁同步电机的转矩和磁链脉动明显减小,动态性能好。     

一种盘式永磁无刷直流电机定、转子机械结构的设计法则

主要针对盘式永磁无刷直流电机(DPL-BM),提出其定、转子机械尺寸的设计与分析的方法以及定、转子磁极材料的选择。以可行性三角形法则(Feasible triangle technique)来设计电动机的尺寸,这种方法可以使得定子经过相对应转子的磁通最大,可提高电动机的功率密度,减小电动机转矩的波动。     

HALBACH磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究(II)——无导磁铁心电机的对比研究及样机实验

在第I部分对比分析有铁心HALBACH磁体结构电动机和常规磁体结构电动机的基础上,对比研究两种磁体结构电动机的无铁心型式,其中包括定子无铁心和转子无铁心,并分别与有铁心电动机比较,分析了磁体厚度变化对两种磁体结构磁密分布及磁通大小的影响。最后给出样机电动机的试验结果。     

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。     

考虑隔磁桥饱和的切向式永磁电机电枢磁场解析建模

为解决多层绕组结构的切向式永磁电机磁场准确计算的难题,文中基于二维子域解析建模思想提出一种考虑定子多层绕组结构和转子隔磁桥饱和效应的电枢磁密解析计算方法。该方法首先在定子槽内进行精细子域划分,以建立多层电枢绕组的矢量磁位方程,然后通过等效气隙对切向式转子铁芯隔磁桥处的饱和效应进行等效,最后结合误差校验和循环迭代,有效解决传统子域建模方法因无法考虑铁芯有限磁导率而难以对内置式永磁电机进行磁场计算的问题。文中以8极9槽和10极12槽永磁电机为例,结合不同绕组结构建立有限元解析模型,并将有限元法计算结果与解析法计算结果进行对比,验证了该方法的计算准确性和运算快速性。     

磁通切换永磁电机固有轴电压分析

对以磁通切换永磁(FSPM)电机为代表的定子永磁型电机固有轴电压机理进行了研究,建立了FSPM电机固有轴电压分析的2D和3D有限元模型,探讨了固有轴电压与电机结构参数之间的关系,对不同电机转速、转轴直径和材料、转子偏心度和电枢电流作用下固有轴电压的特性进行了仿真计算,最后以一台12/10极FSPM电机的实验结果验证了分析和仿真计算的正确性,为高速定子永磁电机的设计和可靠性分析奠定了基础。     

基于精确子域模型的双定子磁通反向电机磁场解析计算

双定子磁通反向电机是一种基于磁场调制原理的新型永磁电机,适用于船舶推进、风力发电等低速大转矩的应用场合.相较于传统的磁通反向电机,双定子拓扑能够解除单定子磁通反向电机永磁体和绕组的空间冲突问题,但同时也会增加其边界条件的复杂度.准确计算双定子磁通反向电机的磁场分布是设计、优化电磁性能的关键,而建立精确的数学模型则是求解...     

异步起动永磁同步电动机电磁振动特性及抑制措施的研究

现有关于永磁电机电磁振动的研究主要围绕单边开槽永磁电机展开,而异步起动永磁同步电动机的定转子双边开槽、永磁体内置于转子铁心内部,导致其电磁振动特性及抑制措施的研究难度大幅增加。本文针对异步起动永磁同步电动机的负载运行,提出了一种新的电磁力解析分析方法,建立了不同阶数、频率的电磁力与电机定转子齿槽参数之间的明晰关系。利用机械阻抗法计算了电机主要低阶电磁力的电磁振动响应,并得到了对电机电磁振动起主要作用的低阶电磁力的频率。进一步研究了通过改变定子齿宽抑制上述主要电磁力,并得到了相应的定子齿宽确定方法,利用有限元法验证了上述抑制措施的有效性。     

端部效应对新型定子永磁型双凸极电机反电势的影响研究

研究了端部效应对两种新型定子永磁型双凸极电机(分别是磁通切换永磁电机和双凸极永磁电机)反电势波形的影响。这两种电机都为双凸极结构，并将磁钢嵌在定子上，采用集中绕组以减小端部长度。首先介绍了电机的基本结构和运行原理，在此基础上分析了基于传统二维有限元的电磁性能，并与采用一步三维有限元计算的结果做比较，发现了端部效应的存在和对电机性能尤其是反电势的影响。提出了一种简单快速的方法来量化端部效应，即通过定义一个端部漏磁系数修正二维计算结果以接近电机的实测结果。该方法取代了过去繁琐耗时的纯三维计算，具有相当高的精度且容易实现。样机的实验结果证明了其正行性，为研究永磁电机中存在的端部效应提供了一种切实可行的方法。