高速开关磁阻电机用纳米晶定子铁心磁特性研究

以1台4/2极结构高速开关磁阻电机(SRM)为研究对象,研究纳米晶铁心磁特性及其对电机性能的影响。将采用叠块切割法制备的纳米晶定子铁心与传统硅钢冲片铁心做对比测试。搭建电机测试系统,对分别装配两种定子铁心电机的静态特性和负载运行性能做对比分析。结果表明:纳米晶合金铁心具有高磁导率、低矫顽力及低损耗特性,在1 kHz、1 T条件下,其损耗仅为35W300硅钢铁心的1/20;纳米晶合金铁心提高了SRM在铁心不饱和区的相电感峰值,并在转速25 000 r/min负载运行下显著降低了电机温升和输入功率。研究结果可为高效、高速SRM设计提供参考。     

非晶材料在高空飞行器用高速电机中的应用研究

高空飞行器用无刷电机由于具有高速的要求,而传统的硅钢材料电机在高速下铁耗较大,电机效率低发热大,为了提升电机的性能,采用了非晶合金材料代替硅钢材料的措施。为了研究措施的可行性和有效性,本文对非晶合金材料和硅钢材料的特性进行了对比,分析电机定子铁心采用两种材料对其性能的影响,并通过实验测试结果对比,证明了非晶合金材料对高速高频电机的性能提升具有明显的效果。     

考虑磁致伸缩逆效应的非晶合金开关磁阻电机减振方法

非晶合金用于电机铁心可极大地提高电机效率,然而,其较大的磁致伸缩系数和极强的应力敏感性（即磁致伸缩逆效应）在增大铁心振动噪声的同时,限制电信号对铁心磁性能的精确控制能力。该文提出采用磁致伸缩逆效应对铁心磁化状态进行调制,以抑制非晶合金开关磁阻电机电磁振动的减振思路。首先,基于宏观热力学理论,建立考虑磁致伸缩及其逆效应的非晶合金材料力-磁耦合本构关系;其次,提出非晶合金开关磁阻电机的定子齿加压结构,并考虑静态预应力、脉动电磁应力对非晶合金磁特性的影响,构建开关磁阻电机力-磁双向动态耦合模型并求解;最后,计算应力作用前后定子铁心的磁通密度分布。通过实验与仿真对比发现,定子齿加压结构的径向电磁应力可减小44.5%,因此该减振方法具有可行性。     

非晶合金在永磁同步电机的应用

基于非晶合金Metglas官网提供的Metglas2605SA1非晶合金材料的相关性能参数,利用Ansoft Maxwell分析定子铁心材料采用非晶合金Metglas2605SA1,且单频率激励下的永磁同步电动机的电磁性能与输出特性,同时分析了气隙及定子轭部磁密的空间分布,以及永磁电机存在的齿槽转矩问题,并与具有相同结构和控制参数的定子铁心采用硅钢D23-50永磁电机进行对比分析。仿真结果表明,采用定子铁心采用非晶合金永磁电机相比于硅钢D23-50永磁电机有以下优势:电机重量轻,铁耗相对于硅钢电机更小,效率比硅钢电机高2.41%,磁场响应能力强。但其齿槽转矩的数值高于硅钢电机。     

永磁同步电动机定子铁心采用非晶与硅钢的性能对比

非晶合金具有高磁导率、低矫顽力、低损耗的优势,将其应用于电磁装置以提升性能成为当前的研究热点。针对非晶材料在高速电机中的效率提升已有许多研究,为研究较低转速下非晶材料对电机性能的影响,制作了两台电动汽车转向泵用1.5 kW永磁同步电动机,其中一台的定子铁心采用非晶材料,另一台采用普通硅钢材料。采用电磁场有限元法求解了两台电机在低速下的磁场分布、定子铁心损耗分布和效率。计算结果表明,非晶材料同样能够提升低速电机性能。然后在不同供电频率下进行了计算,结果表明:频率越高,非晶电机的效率高于硅钢电机越多。搭建了实验平台,测试结果表明,在100 Hz、1200 r/min时非晶合金电机效率比硅钢电机高1.4%,与仿真结果一致。     

电动汽车驱动非晶开关磁阻电机静态测试与性能仿真

试制了1台8 k W电动汽车驱动非晶开关磁阻电机(SRM),并对其进行了静态性能测试。使用有限元方法对电机在低速大扭矩及高速小扭矩共计4种工况下的铁耗、铜耗、扭矩和效率等性能进行了仿真计算。结果表明,相对于硅钢,非晶合金的高磁导率特性可有效保持SRM在高频激励条件下的相电感值;非晶合金的低损耗特性可有效降低电机铁耗值,尤其在铁耗为电机主要损耗的高速小扭矩工况下,可显著提升电机效率(3%~9%)。然而,非晶合金的饱和磁密较低,非晶电机的磁链-电流曲线相对于硅钢电机会有区别,应在其工作磁密、结构尺寸及控制参数上进行调整和优化以获得最佳性能。     

拼接成型对非晶定子铁心的磁性能影响

采用热处理后浸漆、固化、切割的方法,将非晶态合金带材制作成电机定子铁心,研究了尺寸相同的不同块数拼接成型的非晶合金定子铁心和整块的非晶定子铁心的磁性能。结果表明,非晶定子铁心的损耗值随着拼接块数的增加依次增加,当拼接块数增加到4块时,在800 Hz,1. 0 T下的损耗与整块相比增加了67. 39%。但是与硅钢相比,其损耗降低了61. 16%,用在电机中仍然有明显的低损耗优势。在同样的激磁条件下,非晶定子铁心的Bm值随着拼接块数的增加而减小。因此,当非晶定子铁心在用拼接方式成型时,拼接的块数越少越好。     

高速电机用非晶合金定子铁心的损耗特性研究

采用热处理后浸漆、固化、切割的方法将非晶态合金带材制作成电机定子铁心,研究了尺寸相同的非晶合金定子铁心与硅钢定子铁心的磁性能.结果表明,在频率为1 kHz、磁通密度为1.0 T时非晶定子铁心的损耗为42W/kg,在相同测试条件下,硅钢定子铁心的损耗为102 W/kg,非晶定子铁心在1 kHz、1.0 T时的损耗比相同尺寸的硅钢定子铁心的损耗降低了58.8%.     

非晶电机机械性能与电磁特性的数值分析

基于某公司提供的Metglas2605SA1非晶合金材料相关性能参数,利用商用软件Ansoft研究了非晶合金Metglas2605SA1作为电机定子铁心对电机电磁性能及输出特性的影响。分析了气隙及定子轭部磁密的时空分布,并与相同结构参数的硅钢D23_50电机进行了对比分析。结果表明,采用非晶合金Metglas2605SA1定子铁心的三相异步电机相比硅钢D23_50三相异步电机具有以下优势:电机总重量减少4.0%,总损耗降低16.8%,效率提高了1.8%,功率因数提高了0.015,起动性能得到了显著改善。     

不同励磁方式双通道开关磁阻电机的电磁性能分析

在分析了单极性不对称励磁方式时双通道开关磁阻电机的不同通道间相邻相互感作用的基础上,提出了双极性增磁和双极性弱磁两种新的双通道开关磁阻电机励磁方法,并介绍了其基本原理。基于场路耦合有限元模型分析了单极性不对称励磁、双极性增磁和双极性弱磁三种不同励磁方式时双通道开关磁阻电机的磁场特性,对比了三种不同励磁方式时双通道开关磁阻电机的电流,转矩,铜耗等电磁性能,并通过双频法分离铁心损耗获得三种励磁方式时电机铁心的涡流损耗和磁滞损耗,由此得到了三种励磁方式时双通道开关磁阻电机的电磁性能。     

角度位置控制时开关磁阻电动机的磁通波形及损耗计算

对开关磁阻电动机的磁场进行了分析,得到了电机铁心各部分的磁通密度波形及变化规律.在磁场分析所得数据的基础上,对磁密波形进行了傅里叶级数分解,把非正弦磁密波形分解和转化为一系列不同频率的正弦波形,由此计算出开关磁阻电动机铁损中的涡流损耗与磁滞损耗,并在传统数学模型分析的基础上加上了修正因子.最后对一台2.2 kW的开关磁阻电动机进行了铁耗和其它损耗计算,比较了电机磁场的谐波含量对铁心损耗的影响,为减少开关磁阻电动机铁心损耗、提高电机的效率及优化设计提供了理论基础.     

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%.     

基于响应面法的电动汽车用非晶合金永磁同步电机优化设计

为提升电动汽车用永磁同步电机效率,提出采用高磁导率、低损耗非晶合金定子铁心代替传统硅钢定子。首先,基于有限元法分析直接替换现有硅钢定子的永磁同步电机转矩性能不达标,其次,在外形尺寸、槽面积不变及转矩性能不降低的前提下,以效率为优化目标,以定子齿宽以及永磁体宽度为优化变量,采用响应面法对非晶合金定子永磁同步电机进行优化设计。最后通过优化前后效率及转矩对比,说明了非晶合金电机在效率提升方面的优越性。     

开关磁阻电机两种绕组连接方式的铁心损耗

采用有限元方法对比分析了一台三相12/8结构开关磁阻电机在两种绕组连接方式下的动态磁场分布.在(r, θ)坐标系中细致描述了电机定子铁心和转子铁心特征区域(定子齿、定子轭、转子齿、转子轭)的磁密周期性变化规律,并比较了两种绕组连结方案对电机特性不同磁场的谐波含量及其对铁心损耗的影响,从减少铁心损耗的角度为定子绕组的优化设计提供了理论基础.     

深海用永磁同步电机硅钢片磁特性及铁损研究

磁特性是反映硅钢片性能的一个重要指标.在深海用电机中,定子铁心承受巨大的深海应力,硅钢片的磁特性将发生变化,导致电机铁耗发生变化.针对深海用电机定子硅钢片磁特性发生变化而导致电机铁耗发生变化的问题,通过有限元方法计算定子铁心在不同压强下的应力分布,计算结果与电磁场耦合,计算了不同压强下定子的铁心损耗.通过实验,测试了硅...     

非晶电机的优势及其研究进展

通过对比铁基非晶合金和硅钢材料的软磁性能,总结了非晶合金材料应用于电机定子铁心在提高电机效率、节约能源和原材料以及环境保护等方面均具有的显著优势。综述了国内外非晶电机的研究和进展,并展望了非晶电机的发展前景。     

开关磁阻电机定子铁损分布的时步有限元分析

以一台5.5 kW,12/8结构开关磁阻电机做为研究对象,结合转速电流双闭环驱动电路,建立二维瞬态电磁场-控制电路耦合计算模型,基于电磁场理论,采用时步有限元法,对不同负载转矩下的定子铁心损耗和磁密进行计算和分析。通过所建转速电流双闭环驱动电路,对比分析传统开环驱动电路在不同负载情况下开关磁阻电机定子铁心的磁密和损耗变化规律,研究电机在额定负载情况下,定子铁心不同区域的损耗的变化规律,结果表明在额定工况下,定子齿顶部分的铁心损耗密度最大,远大于其他3个定子所分区域,但定子齿顶部分的铁心损耗占定子铁心总损耗最少。开关磁阻电机在其他3种工况运行时,定子各区域分布规律与额定工况时相同。最后通过样机实验,将实验测量值与计算值进行对比,验证了计算方法的正确性。     

开关磁阻电动机结构参数优化设计研究

开关磁阻电动机的转矩脉动是影响电机性能的一个重要因素。以三相12/8开关磁阻电动机为例建立电机仿真模型,以减小电机转矩脉动为目的,修改相应的电机本体结构参数,提出一种在电机定子和转子齿上开槽的方法来改变电机内部的磁力线路径,以减小定转子之间的径向磁密,实现减小转矩脉动的目的。通过数值仿真验证了该方法对减小开关磁阻电动机的噪声具有较为明显的效果。     

高速电机用非晶、纳米晶定子铁心研究

采用铁基非晶和纳米晶合金带材分别制作定子铁心,并将纳米晶定子铁心与非晶定子铁心和硅钢定子铁心的磁性能与噪声进行了对比分析。结果显示,与硅钢相比,在相同频率和磁通密度下非晶、纳米晶定子铁心的损耗大幅度降低,非晶定子铁心的损耗仅为硅钢定子铁心的10%左右,纳米晶定子铁心的损耗仅为硅钢定子铁心的3%左右。当工作频率在400 Hz以下时,硅钢定子铁心的噪声最低,非晶定子铁心的噪声最高;当工作频率在400 Hz以上时,非晶定子铁心的噪声最高,纳米晶定子铁心的噪声最低。     

非晶合金永磁电机负载损耗及效率特性分析

为了研究采用非晶合金材料代替硅钢片材料制作铁心后,永磁电机在负载运行时的损耗与效率的变化规律,研制了两台相同结构尺寸参数的非晶合金永磁电机和硅钢片永磁电机。利用实验方法测试了两台电机在相同运行工况下的损耗与效率特性,并借助有限元方法对两台电机不同负载率时的损耗进行了对比分析。结果显示,轻载时,非晶合金永磁电机定子铁心损耗低于硅钢片电机,效率优势明显;但随着负载率的增加,非晶合金电机定子铁心饱和严重,导致绕组磁动势波形畸变,由绕组磁动势谐波引起的损耗高于硅钢片电机,非晶合金电机效率优势随负载率的增加逐渐减小。