表面埋入式永磁电机磁场解析

准确计算永磁电机的气隙磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。该文在二维极坐标平面内建立表面埋入式永磁电机的精确子域解析模型,求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和转子槽子域,根据分离变量法求解各子域的矢量磁位通解,并利用各子域之间的边界条件得出相关谐波系数。模型考虑了普通/交替极转子结构,永磁体径向/平行充磁方式,隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。以一台40极48槽交替极转子结构永磁电机为例,将气隙磁密波形的解析计算结果与二维有限元结果相比较,验证了解析模型的准确性。     

基于精确子域模型的永磁直线同步电机空载磁场解析计算

准确计算永磁直线同步电机(PMLSM)磁场分布是得到电机参数及性能的前提,而建立精确的数学模型则是求解电机磁场问题的关键。鉴于PMLSM传统解析理论在齿槽效应对气隙磁场影响的求解上存在局限性,提出PMLSM精确子域模型以得到精确磁场分布。计及永磁体相对磁导率、电机槽深、所有槽与槽之间对磁场分布的相互影响,采用标量磁位分别建立PMLSM永磁体、气隙、槽子域拉普拉斯方程。根据各子域交界面边界条件,基于傅里叶级数法,列出所有边界条件方程组,并建立端部等效模型,求解得到各子域标量磁位和空载磁通密度分布,进而探讨各个齿槽、端部区域对气隙磁场空间分布的影响。有限元结果证明了所用解析方法的准确性。     

笼型异步电机转子断条故障引发的电磁力波变化规律

以一台Y80_2-2型笼型异步电机为例,分别建立了正常电机和转子断条电机的二维有限元模型,并对其进行了瞬态磁场计算,得出了时空变化的气隙磁通密度波,并与实验测得的气隙磁通密度值进行了比较。利用瞬态磁场计算出的气隙磁通密度波,基于经典的麦克斯韦应力方程计算了电机正常及断条故障运行时气隙中的电磁力波。综合运用二维快速傅里叶变换,频谱分析比值校正等方法对电磁力波的阶数、频率和幅值进行了计算和分析。同时利用传统公式计算了气隙磁通密度波以及电磁力波的阶数和频率,与数值计算的结果进行了比较,得出了电机断条故障弓I发电磁力波的变化特征。     

电励磁单相开关磁通电机电磁性能解析计算

开关磁通电机作为一种双凸极电机,由于复杂的磁路结构和特殊的工作方式使得电磁性能的解析计算成为难点。基于子域法建立电励磁开关磁通电机的解析模型,根据电机结构和各部分电磁性能,将求解区域划分为多个子区域,在每个子域内建立磁场的偏微分方程,根据矢量磁位通解和边界条件,建立包含积分常数的方程组,可求解得到每个子域的矢量磁位,进而可计算磁通密度、绕组磁链、感应电动势以及电磁转矩。解析法、有限元法和样机实验结果对比表明,结果非常接近,证明了解析模型的正确性。该模型能够体现结构参数对电磁性能的影响,可应用于开关磁通电机的初始设计和优化计算中。     

考虑材料非线性及涡流影响的径向电磁轴承等效磁路建模

电磁场分布特性的准确分析与计算是电磁轴承性能优化的基础,而目前电磁轴承磁场分析时较少同时考虑涡流和铁心磁导率的非线性这两个因素的影响。因此,该文利用指数方程拟合硅钢片的磁化曲线来考虑磁导率的非线性,引入动态相对磁导率来计及涡流对磁场的影响。建立了计及磁极边缘效应、定转子铁心磁阻、铁心磁导率非线性、涡流及实时控制电流在内的径向电磁轴承非线性等效磁路模型。采用该模型计算转子具有静态位移0.1mm时电磁轴承的气隙磁场分布,与有限元仿真结果吻合较好,在磁极正对处的气隙磁通密度的误差基本在3%以内。并分析了转子周期振动导致的铁心涡流对气隙磁通及电磁力的影响,考虑涡流后,磁通及电磁力都有一定程度的衰减,并且转子振动频率越高,衰减越大。     

同心式磁力齿轮磁场及转矩全局解析法分析

准确计算磁力齿轮电磁转矩是设计、分析磁力齿轮的关键,采用二维全局解析法计算同心式磁力齿轮气隙磁场。求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,3类子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系。得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,有利于方便、快速、精确地计算任意转子位置的电磁转矩。计算了内外两层气隙磁场和内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性。     

面贴式永磁力矩电机气隙主磁场解析数值分析法

为了准确计及定子开槽的影响,采用解析和数值相结合的方法计算面贴式永磁力矩电机的气隙磁场。场域划分为均匀气隙区域和扩展槽形区域,首先用解析法计算气隙区域内的矢量磁位;再用数值法求解槽域内的磁场。槽域扩展部分的边界条件由解析法获得,槽域内的永磁体等效成面电流;最后汇总各槽域计算结果得到开槽后整个气隙区域磁通密度分布。将开槽气隙磁场的波形和感应电动势的计算波形分别与有限元法计算结果和实测波形进行比较,一致性较好,证明了该方法的正确性和有效性。     

E型铁心开关磁通电机的电磁性能解析计算

由于复杂磁路的影响,开关磁通电机电磁性能的解析计算是个难点。采用子域法,通过子域划分、建立偏微分方程与通解、确立边界条件和积分常数求解等步骤建立E型铁心结构开关磁通电机的解析模型,计算得到了各子域矢量磁位、磁通密度、绕组磁链、电动势和电磁转矩,分析了不同定转子极数组合对绕组电动势和齿槽转矩的影响,得到了合适的极数组合。与有限元法计算结果的对比表明,空载时两者计算结果非常接近,负载时由于电枢反应磁场的影响,与非线性有限元相比,解析法会带来一定误差。虽然该解析模型不能考虑饱和的影响,由于解析法计算速度快,能得到规律性的结论,非常适合电机的初始设计和优化计算。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场全局解析法分析

针对Halbach阵列同心式磁力齿轮这种内外转子非接触传递的传动装置,运用全局解析法对磁力齿轮内外两层气隙磁场进行分析计算.求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,各子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系.得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,并用计算了内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性.     

定子开槽永磁同步电机气隙比磁导解析计算

采用镜像和保角变换相结合的方法计算定子开槽永磁同步电机的气隙比磁导。以光滑转子铁磁表面为镜面,将定子开槽永磁同步电机气隙原像及其镜像作为解析模型,经过多次保角变换得到气隙比磁导解析公式。解析模型考虑了齿槽之间的影响、定子开槽对气隙磁场径向分量和切向分量的影响,解析公式可用于定子开槽永磁同步电机的励磁磁场、电枢反应磁场、电磁力和齿槽转矩。在解析模型的基础上,对某定子开槽永磁同步电机单个齿槽指定路径上和气隙区域内气隙比磁导进行求解,与有限元结果相比较,表明了所提解析方法的准确性。     

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用.该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域.在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型.该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式.在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感.最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性.     

计及定子开槽的插入式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析迭代模型

采用解析迭代法研究定子开槽插入式永磁电机转子偏心气隙磁场全局模型。首先采用摄动法计算无槽定子、转子偏心气隙磁场;接着,利用以上结果给出定子开槽区域的边界条件,计算定子开槽后的气隙磁场;然后获得定子开槽后的边界条件,再次计算。经过多次迭代得到最终气隙磁场分布。本模型能够方便地计算各种偏心情况下电机的磁场分布。将本模型计算的气隙磁通密度分布、偏心力和齿槽转矩与有限元模型比较,结果吻合,表明了该全局解析模型的正确性和有效性。     

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。     

基于双曲余切变换的Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场解析模型

精确计算气隙磁场是设计和分析永磁电机的关键。Halbach阵列永磁电机具有良好的转矩输出特性。转子偏心会对永磁电机产生不良影响,准确获得其偏心气隙磁场分布具有重要意义。采用双曲余切变换解析计算Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场。该文建立了Halbach阵列定子开槽、转子偏心永磁电机二维模型。将同心解析模型分为三类子区域,利用各区域边界条件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通过矢量磁位求得同心气隙磁场,利用相对磁导函数对其进行修正,从而获得偏心空载气隙磁场,对其进行研究,并利用回归评价指标进行评估。不同偏心率下气隙磁通密度、不平衡磁拉力、齿槽转矩的解析结果同有限元结果吻合,验证了该文解析模型的有效性和正确性。     

高温超导磁通切换电机励磁线圈电磁力计算

针对高温超导磁通切换电机中交变的电枢反应磁场使得高温超导励磁线圈产生形变,致使高温超导励磁线圈发生物理性损坏,影响电机安全稳定运行这一问题,以静密封高温超导磁通切换电机为例,对其高温超导励磁线圈的匝间电磁力进行了研究。基于超导线圈分离模型,在计及迈斯纳效应和趋肤效应的条件下,提出了一种高温超导磁通切换电机中跑道型超导线圈直线部分以及弯曲部分的电磁力计算方法,并在此基础上计算了超导线材的匝间电磁力。匝间电磁力计算结果表明,超导线圈的最外匝线材受到的电磁力最小,但受到同一线圈中其余匝线材作用的合力最大。为验证理论分析的正确性,采用三维有限元分析法,进一步计算并得到了高温超导励磁线圈的匝间电磁力,有限元计算结果验证了该计算方法的正确性。     

表贴式永磁同步电机永磁体偏心气隙磁场解析

采用分区域的方法对表贴式永磁同步电机磁极偏心的气隙磁场进行推导解析。将求解区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽区域和基于分离变量法利用各区域的边界条件得出相关系数,并在计及永磁体偏心的情况下求解电机气隙磁场。解析模型能够计算电机空载和负载气隙磁场的分布。将解析模型计算结果与有限元分析结果进行对比,发现所建立的解析模型具有较高的准确度。     

V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场解析计算

针对V型内置式永磁电机气隙磁场解析计算问题，提出一种新的V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的解析计算模型。在二维精确子域方法基础上，提出5条等效关键准则，用等效解析永磁体电机模型代替初始的V型永磁体电机模型。等效解析模型划分为定子槽、定子槽槽口、气隙、扇形和环形5个求解域。在定子槽、定子槽槽口和气隙区域建立拉普拉斯方程，在扇形和环形区域建立泊松方程。用分离变量法求解各区域的矢量磁位表达式，根据各个求解域的边界条件和交界条件求出矢量磁位表达式中的谐波系数。对等效解析模型计算结果与V型内置式永磁同步电机的有限元法仿真结果进行比较，误差仅为0.97%,验证了等效准则建立的解析计算模型计算V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的有效性。     

Bread-Loaf型磁钢的永磁电机气隙磁场计算与参数分析

在二维极坐标平面内对Bread-Loaf型磁钢的无槽永磁电机的气隙磁场进行了解析。采用磁极分段的方法,将Bread-Loaf型磁钢等效成一系列等圆心角的瓦片形磁极结构的组合。求解其中某一段磁极所产生的气隙磁通密度,然后根据叠加原理得到Bread-Loaf型磁钢永磁电机的气隙磁场的分布。二维有限元与实验验证了解析计算结果的准确性。利用该模型分析了Bread-Loaf型磁钢偏心距与极弧系数对电机气隙磁场的影响,为进一步定量分析该种电机的性能提供可靠的依据。     

异极式永磁偏置径向磁轴承的建模与实验

为了满足储能飞轮系统、卫星动量轮等对高空间利用率的需求,提出了一种异极式永磁偏置径向磁轴承的拓扑结构。通过在槽口放置平行充磁的永磁体获得紧凑的结构,同时永磁磁路和电励磁磁路耦合距离较短,有利于获取高解耦特性。该文首先采用磁力线法,分别获取考虑齿槽效应、转子偏心的永磁磁场、电励磁磁场的气隙磁通密度分布,建立了磁路模型;然后根据磁路模型求解位移刚度和电流刚度,建立磁轴承的数学模型;与有限元仿真进行对比,证明所建立的磁场模型能够准确计算气隙磁通密度分布。设计、制造一台实验样机并进行相关实验,实验结果验证了磁路模型及有限元仿真的可靠性。     

笼型异步电动机径向电磁力波的有限元计算

建立笼型异步电动机的场路耦合时步有限元模型,通过定子相电流仿真波形和实测波形的谐波比较验证有效性。基于该模型计算气隙磁通密度,进而利用经典的Maxwell应力张量法计算径向电磁力。气隙磁通密度和径向电磁力均随空间和时间变化,利用二维傅里叶分析分别求解它们的谐波;并探讨齿槽和转差率对磁通密度和径向电磁力的影响,以及磁通密度波和径向电磁力波之间的关系。将径向电磁力波和实测电磁噪声频谱进行了分析和对比,结果表明径向电磁力波的计算是合理有效的。利用本文方法计算的径向电磁力及其谐波可应用于在设计阶段对电磁噪声的分析。