梯形永磁体盘式无铁心电机的设计与研究

针对永磁盘式无铁心同步电机的轴向磁场结构,在现有Halbach永磁阵列的基础上,提出一种梯形结构永磁体阵列。详细阐述该电机的结构与优点,利用有限元方法研究了不同梯形结构永磁体阵列对气隙磁密的影响,根据气隙磁场中的谐波含量及空载反电势畸变率选取最优转子结构。该结构在保证与传统结构永磁体材料用量相当的前提下,有效提高气隙磁密的基波,降低谐波含量。由于轴向磁场结构的特殊性,给出该电机的设计规则,如磁极尺寸和导体占空比的确定。计算了电机在负载工况下不同定子电流对交直轴电感的影响,为该类电机的设计提供了一定的参考价值。     

一种表贴式永磁电机磁极结构优化研究

针对常规表贴式永磁电机气隙磁密波形正弦度差,导致电机反电势中谐波含量高、电机谐波损耗大,以及复杂结构形状永磁体在生产、加工、装配过程中容易造成废品率高等问题,提出一种由导磁金属块和永磁体共同构成的表贴式磁极结构。用有限元方法计算常规结构以及不同程度不均匀气隙结构的气隙磁密波形,进而由傅里叶分解得到各次谐波和正弦畸变率。仿真结果标明该结构可以有效改善气隙磁密波形和电机空载反电势的正弦度。最后采用遗传算法对实现偏心结构的导磁金属块尺寸进行优化,得到了使气隙磁密波形畸变率最小的尺寸参数。有限元计算结果显示,优化设计后,气隙磁密波形畸变率和电机空载反电势谐波含量明显减小。     

双边空心式永磁直线伺服电机的空载磁场分析

针对双边空心式永磁直线伺服电机推力波动受到气隙磁场影响的问题,研究该电机空载气隙磁场的分析求解方法。采用等效磁化强度法对双边空心式永磁直线伺服电机的气隙磁场进行求解,推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式。将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证解析法的计算结果的准确性。根据气隙磁密的解析公式,分析了3个主要尺寸——永磁体宽度τm、永磁体高度hm和气隙高度δ对空载气隙磁场的影响。分析表明,永磁体高度hm和气隙高度δ主要影响电机气隙磁场大小,对磁场谐波含量影响较小,而永磁体宽度τm对磁场的大小和谐波含量的影响都很显著。通过对永磁体宽度τm的优化设计,可以有效改善电机气隙磁场分布的正弦性,从而减小电机的推力波动。     

组合磁极无槽PMLSM正弦磁场分析

针对传统永磁直线同步电机(PMLSM)齿槽效应及单一磁极产生的非正弦气隙磁场引起电机推力波动,使电机性能变差问题,提出一种组合磁极无槽PMLSM,以提高电机气隙磁场正弦度。建立了组合磁极结构模型,采用分层模型法将气隙磁场叠加,研究消除前三次低频次谐波磁场时,其正弦气隙磁场与电机结构参数及材料特性之间的解析关系式。对比分析了组合磁极和磁极未分段时的气隙磁密、空载反电势及其谐波磁场。研究结果表明当组合磁极中各段磁极长度、剩磁比例系数满足确定约束关系时,气隙磁场中三次、五次、七次谐波均为零,能使气隙磁密和空载反电势趋于标准正弦形,有效消除谐波影响,提高电机性能。解析法和有限元法结果一致证明了理论分析的正确性。     

直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算

永磁同步电机永磁磁动势和电枢反应磁动势作用于磁路在气隙处除产生基波磁场外,还产生各种谐波磁场.气隙处各种谐波磁场相对于永磁体转速不同,相对转速不为零的谐波磁场会在永磁体内部感应出电场产生涡流损耗,引起永磁体发热甚至去磁.从产生涡流损耗原因入手,在二维直角坐标系下建立电磁场方程,得出了永磁体涡流损耗的解析解,并分析涡流损耗与电机参数的关系.对一种直驱式表贴永磁同步风力发电机进行了解析计算,并利用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明此方法可行.     

Halbach阵列共轴磁齿轮电机的有限元分析

针对气隙磁密对于共轴磁齿轮电机功率密度、电机效率的影响,提出了Halbach阵列转子结构,从共轴磁齿轮电机的转子结构出发,对常规表贴式结构和Halbach结构进行分析。并对其进行有限元分析和对比,得出了两种不同的气隙磁密的波形和磁场云图,以及不同转子结构的电机的反电势、出力和空载铁耗的对比。分析结果表明:运用Halbach阵列转子结构的共轴磁齿轮电机,其气隙磁场中用于传递转矩的谐波含量明显增加,同时非有利次谐波含量降低,减小反电势THD值,增大电机出力、减小空载铁耗。Halbach阵列应用与于共轴磁齿轮电机具有广阔的前景。     

内置式永磁同步电机磁体涡流损耗研究

采用气隙磁位分布函数作为边界条件取代定子磁场,建立计及磁路饱和及齿槽效应影响的永磁同步电机磁体涡流损耗计算的二维有限元模型。对内置式钕铁硼永磁同步电机各次谐波磁场引起的永磁体涡流损耗进行分析计算。结果显示:磁路饱和对涡流损耗的影响很大,各次谐波中具有一阶齿谐波特征次数的谐波磁场是引起永磁体涡流损耗的主要因素。     

新型磁场调制式永磁直线电动机电磁参数分析

为使电机在不增加体积和电枢绕组极对数前提下低速运行,提出一种新型磁场调制式永磁直线电机(LPMVM)。用气隙比磁导波分析电枢开槽后气隙基波、谐波磁场,推导电机结构条件、速度大小、空载反电势及稳态推力参数关系式。用有限元法得到电机磁场分布,对比分析了基波、谐波磁场,给出了空载反电势、稳态推力曲线。结果分析表明电磁参数与基波、谐波磁场有关,电机可在工频下低速大推力稳定运行,推力波动小,可用于低速直驱系统中。     

无刷直流电动机电流波形分析

着重分析无刷直流电动机(BLDCM)电枢电流波形。理论上,由于BLDCM的转子采用永磁体励磁,电机气隙理想磁场为梯形波磁场,当采用方波电压控制时,电枢电流应为方波电流,而实际上电流波形并非方波,其主要原因是由于绕组反电势并非理想梯形波。     

单稳态永磁真空断路器驱动线圈反电势计算方法研究

永磁操动机构断路器的分合闸运动特性是永磁体的磁场、驱动线圈的磁场、运动部件质量及各种反力共同作用的结果。在动铁芯运动过程中，磁场不断变化，驱动线圈的电流受到线圈电感和线圈中反电势的阻碍，因此区分永磁操动机构驱动线圈中电感和反电势，有助于确定合理的永磁真空断路器控制策略。将线圈等值为非线性电感和反电势串联，前者是原线圈电感和永磁体磁场的作用结果，后者是线圈反电势的形式。经过推导，得到了2种反电势的计算方法，分别对分合闸过程中的反电势变化情况进行计算，并比较2种计算方法的结果，验证2种反电势计算方法的可行性。     

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。     

面包型偏心磁极永磁电机磁极优化设计

对于永磁同步电动机而言,正弦的气隙磁场,意味着更低的径向电磁力谐波和更低的转矩脉动。文章结合表贴式永磁电机径向气隙磁通密度函数和面包型永磁磁极结构特点,考虑定子开槽对电机有效气隙长度及永磁体相对磁导率对气隙磁场的影响,得到可以寻找平行充磁表贴式面包型偏心磁极最优偏心距和极弧系数的气隙磁场优化解析模型,并利用有限元软件验证了解析模型的准确性和有效性。这种解析模型,计算较子域法简单,也不需要对永磁体分段,来考虑永磁体上表面的偏心对气隙磁场的影响,但同时精度较高,对于面包型表贴式永磁电机的优化设计较大的指导意义。     

表贴式无轴承永磁电动机的设计研究

利用电磁场有限元法对表贴式无轴承永磁电动机进行了设计研究,提出了无轴承永磁电动机的设计特点,深入研究了永磁体极弧系数对无轴承电机的悬浮性能、气隙磁密以及反电势的影响。最后对样机进行了反电势的测试,测试结果和计算值吻合较好。     

电动汽车用内置式永磁同步电动机的优化

采用有限元分析的方法,对电动汽车用内置式永磁同步电机的隔磁槽拓扑结构进行了优化,改善了漏磁现象,提高了气隙磁密;通过转子斜极的方法降低了空载反电势的谐波分量,提高了波形的正弦度;在此基础上基于遗传算法以额定转矩和永磁体体积最小为目标进行全局优化,节约了永磁体的用量,降低了电机的生产成本。优化过程对提高电动汽车用内置式永磁同步电机性能具有参考作用。     

不均匀气隙结构的异步起动永磁同步电机设计

针对异步起动永磁同步电机气隙磁场谐波复杂,而导致的铁心损耗大、电磁噪声高、转矩脉动强烈等不利问题,提出了电机气隙长度不均匀的方法,用以减小气隙磁场谐波,进而减小电机铁心损耗、降低电机电磁噪声、抑制转矩脉动,计算并校验了电机永磁体的最大去磁工作点。有限元仿真表明,所提出的不均匀结构电机的气隙磁场谐波大幅下降,电机转矩脉动得到有效地抑制;电机在额定转矩、三倍转子转动惯量负载的情况下,满足异步起动能力;起动过程中永磁体在最强退磁点的剩磁也符合设计要求。     

永磁无刷直流电动机结构对转矩脉动的影响

转矩脉动是影响永磁无刷直流电动机输出力矩稳定性和精度的主要因素之一。针对永磁无刷直流电动机结构,推导了其气隙磁密与反电势和转矩脉动的关系,分析了反电势波形对转矩脉动的影响,采用Ansys对电机永磁体的不同充磁方式和不同极弧系数条件下的气隙磁密和转矩脉动进行了仿真,得到了电机反电势波形并计算得到转矩脉动系数,对于无刷直流电动机的电磁设计具有较好的指导意义。     

多极永磁无刷直流电动机瓦形磁钢气隙磁通密度的解析计算

利用永磁体的等效面电流法,求得多极平行充磁内外圆弧不同圆心不同半径瓦形永磁体在电机定子内表面产生的径向磁通密度的解析计算公式。通过对一台多相无刷直流电动机的解析计算结果与反电动势的实测值比较,验证了电磁场解析计算公式的有效性和正确性。推导给出的内外圆弧不同半径、不同圆心平行充磁瓦形磁钢产生气隙磁场的解析计算公式,解决了平行充磁瓦形磁钢难以获取平顶反电势波形的问题,提高了解析法计算永磁电机气隙磁场和参数的精度,为多极式无刷直流电动机优化设计及性能分析奠定了理论基础。     

电织针永磁阵列内的静磁场分布及结构刚度分析

针对电织针永磁阵列由于磁体间吸合力不平衡引发的结构刚度问题,重点研究了电织针永磁阵列内的静磁场分布状况,推导了每列永磁体薄片所承受的不平衡吸合力的表达式,给出了永磁体的挠曲变形。分析结果表明,永磁体占空比α主要影响到气隙磁场的谐波分量的多少;永磁体厚度系数β和气隙厚度系数γ主要影响气隙磁场的大小;织针片数n在大于10的情况下,对气隙磁场以及永磁体最大不平衡力没有显著性影响。为提高电织针设计中的永磁阵列结构刚度,应尽可能缩短永磁体薄片的长度,增大永磁体的厚度,永磁阵列几何参数选择α在0.6～0.9之间,β在0.07～0.1之间,γ在0.5左右。     

五相容错式磁通切换永磁电机的气隙磁场调制运行机理分析

从气隙磁场调制的角度分析五相容错式磁通切换永磁(fault-tolerant flux-switching permanent-magnet,FT-FSPM)电机的运行机理。对10/18极、10/19极FT-FSPM电机永磁体和电枢电流单独作用下的气隙磁密进行解析计算,并运用有限元对其进行验证。磁场分别由永磁体和电枢绕组产生,当两者产生的气隙磁密的谐波次数以及旋转速度相等时,这些谐波才能称为有效工作波。在此基础上,用气隙磁场调制理论分析各次有效工作波产生的转矩占总平均转矩的比例。研究表明,五相FT-FSPM电机由一些工作波产生电磁转矩,这些工作波产生的转矩占总平均转矩的比例大于97%。实验验证解析计算和有限元仿真的合理性。     

同步发电机空载时的齿谐波电势

众所周知,当同步发电机定子表面光滑时,励磁磁势所生的气隙磁场并非正弦分布,因此空载电势波形也是非正弦的,含有一系列高次谐波分量。当电机定子开槽后,由于气隙比磁导分布更不均匀,又增添了一个与定子齿数相对应的附加周期性分量,于是气隙磁场波形更加畸变,而使空载电势中