基于效率及温升的轴向磁通永磁电机优化设计

从定子无铁心轴向磁通永磁电机高效率低温升的优化设计目标出发,对拟设计电机进行单变量参数化分析和多维优化设计。通过建立无铁心轴向磁通永磁电机的参数化等效磁网络模型和集总参数等效热网络模型,并使用MATLAB编程计算各组参数下电机的各部分损耗、电机效率及各部分温升变化,实现电机的参数分析和性能计算。文中综合考虑电机效率和温升最优区域在多维设计空间的分布,寻找满足约束条件的最优设计值,并根据优化设计的电机参数设计一台无铁心轴向磁通永磁电机,实测典型工况下电机的性能,与仿真的电机效率和温升结果进行对比,验证了优化设计方法的可行性和有效性。     

新型机械轴向变磁通永磁同步电机分析研究

为解决传统变磁通永磁电机在基速以上运行可靠性差和调磁困难的问题,提出一种附加机械调磁装置的新型轴向变磁通永磁同步电机。采用有限元法对电机运行于不同转速时的磁场分布进行分析,建立轴向变磁通永磁同步电机三维有限元仿真模型,获得了电机在不同转速下气隙磁密、绕组磁链及空载反电势、电感等电磁特性。分析结果表明:在基速以下时,机械调磁装置不动作,该电机能以大转矩运行;在基速以上时,机械装置相应动作,电机可在宽范围恒功率运行,调磁效果较好。通过制作样机和构建电机系统试验平台,验证了理论分析和设计的有效性。     

轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。     

基于瞬态热网络法的细长型永磁电机优化设计研究

本文将瞬态热网络法应用到起重机用细长型外转子永磁电机的优化设计中,以电机效率和成本为优化目标,对一台37.0kW永磁电机进行优化设计。选择永磁体厚度、气隙长度g、电机铁心轴向长度、每槽导体数、导线线规、永磁体厚度六个参数为优化变量,同时约束其槽满率、定子齿部磁密、定子轭部磁密、最大温升、最大转矩在一定范围内。本文分析了细长型永磁电机结构参数对铜损耗和效率的影响,再利用粒子群优化算法对永磁电机进行优化设计。优化结果显示:电机效率提高1.1%,成本也略有下降。最后通过有限元仿真,验证了瞬态热网络法的可行性和准确性。     

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机分段弱磁控制

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机(hybrid permanent magnet axial field flux-switching memory machine,HPM-AFFSMM)采用钕铁硼和铝镍钴两种永磁励磁,既具有轴向磁通切换永磁同步电机转矩和功率密度高的优点,又具有记忆电机永磁磁化状态在线可调的特点。在研究HPM-AFFSMM调磁原理、电磁参数及数学模型的基础上,提出了一种HPM-AFFSMM宽调速控制方法。基于分区控制,低速区采用永磁饱和磁化方式运行,高速区采用分段弱磁方式运行。在分段弱磁区域,所需永磁磁链满足给定转速所在区间内的最大转速对应的永磁磁链。在全速度范围内,为实现充去磁,提出了一种对电机参数敏感性较低的自适应永磁磁链观测器设计方法。仿真和实验结果表明,在低速区,饱和增磁运行缩短了电机的起动过程;在高速区,分段弱磁运行优化了永磁磁链的控制,拓宽了电机的调速范围。因此,HPM-AFFSMM非常适合应用于电动汽车起/发一体机。     

面向电机模拟器的永磁同步电机模型研究

为提高电机模拟器对实际电机的模拟精度,针对磁饱和、交叉耦合效应和转子磁场谐波3个电机磁特性以及损耗、温升两个电机热特性因素分析永磁同步电机电磁参数变化规律,建立了能够同时体现永磁同步电机磁特性和热特性的变参数磁热耦合电机模型,对比了定参数建模电机模拟器、变参数建模电机模拟器与实际永磁同步电机三者的输出端口特性.根据仿真结果,所用定离散周期的电机离散模型具备良好的模拟精度,电机模拟器电流跟踪算法能够对电机模型输出指令电流进行快速跟踪.实验结果表明,基于所设计变参数建模的电机模拟器相较于实际电机端口特性模拟精度高,且准确性高于基于定参数建模的电机模拟器.变参数建模是高精度电机模拟器发展的正确方向.     

新型交流调磁型永磁同步电机基本机理及运行特性EI北大核心CSCD

以提升永磁同步电机广速域运行性能为目标,提出一种新型交流调磁型永磁同步电机(AC flux-regulation permannent magnet synchronous motor,ACFR-PMSM),相较于传统永磁同步电机,所提电机拥有独立的轴向定子及轴向交流绕组,且转子上设计有凸出的轴向导磁极。该电机的数学模型、等效磁路模型和三维有限元模型分别被建立,并通过对比计算证明了所搭建模型的准确性。另外,通过对该电机等效磁路模型的分析,归纳了电磁性能与径向定子裂比、电机轴径比、永磁体参数的关系,进而完成了该电机关键尺寸参数的优选设计。采用三维有限元分析进行了所设计电机与传统永磁电机的电磁性能对标,结果表明,ACFR-PMSM拥有更优秀的磁场调节能力、更低的永磁体退磁风险及更宽的恒功率运行范围。最后,制造了一台ACFR-PMSM样机并搭建了测试平台,经验证,所制造样机的实测结果与有限元仿真结果的吻合度良好。样机的性能测试结果展现了ACFRPMSM在诸如电动汽车驱动、航空起动/发电系统、新能源发电等需要进行高效磁场调节及高性能宽速域运行领域的广阔应用前景。     

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。     

大型永磁同步电机在北欧国家的研究活动调查

本文概述了大型永磁同步电机在北欧国家的研究状况。研究发现,北欧国家在大型永磁同步电机的发展中处于领先地位。这主要得益于其悠久的造船传统,大型永磁同步电机的广泛应用及在风能转化方面的开拓。研究的焦点主要集中在运用径向磁通的永磁电机上,但最近几年,人们同样也把注意力集中在运用轴向及横向磁通的永磁电机上。大型永磁同步电机已开始在工业生产中得以应用,如ABB公司小型azipod中运用的径向磁通电机,Siemens公司的径向磁通潜艇发动机以及Jeumont在风力涡轮机中运用轴向磁通发电机。目前,欧洲大型电机生产商在他们多种多样的产品中运用径向磁通的同时正在开发轴向磁通技术,而较小且更专业的公司在他们的应用中研发出了轴向磁通电机。     

定子无磁轭轴向磁通永磁电机不同极数下的转矩分析

设计了一台额定功率为28 kW的YASA结构轴向磁通永磁电机,并对相同槽数下电机的输出转矩能力进行了分析.首先,介绍了YASA结构轴向磁通永磁电机的拓扑结构,给出了部分尺寸的计算表达式.其次,综合电机结构紧凑、齿槽转矩小、效率高的特点,确定了合适的极槽配合.同时,分析比较了电机在定子槽数相同、极数不同情况下的输出转矩.研究表明,轭部厚度相同时,电机输出转矩随着极数的减少而降低;输出转矩相同时,转子轭部厚度随着极数增加而减小.最后,通过建立三维有限元模型仿真及分析比较,验证了YASA结构轴向磁通电机的转矩结论,对于轴向磁通电机的设计和应用具有一定的参考意义.     

电动汽车用高功永磁同步电机设计与特性分析

针对传统内置式永磁同步电动机(PMSM)反电动势谐波含量高,转矩脉动大等缺点,提出一种高功率密度电动汽车用不等气隙永磁同步电机(UG-PMSM),通过气隙的不均匀特性,改善空载反电动势正弦特性.建立了UG-PMSM电机功率尺寸方程,利用二维有限元分析法,分析了空载永磁磁链、空载感应电动势、输出转矩、转矩脉动、齿槽转矩等静态特性,计算了UG-PMSM电感特性,在此基础上,研究了UG-PMSM过载能力与弱磁扩速范围.仿真分析结果验证了UG-PMSM高功率密度、高转矩密度、低转矩脉动等优点,适合应用于电动汽车驱动系统中.     

电动汽车用新型轴向磁场车轮电机的设计

车轮电机由于取消了齿轮和机械差动器,减小了驱动链的组件,因而减小了整个驱动链的重量,提高整个系统的可靠性和效率。该文对一种新型的应用于电动车辆驱动的直驱轮用轴向磁场永磁同步电动机的进行了设计。电机的电枢铁心由各个在磁路上没有联系的定子极组成,省去了定子铁心轭部,电机结构简单易制造。采用等效磁路法对电机进行了电磁设计,并用有限元法进行了验证。设计和仿真结果证明所提议的结构是可行的。     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

不同极槽配合电动汽车永磁同步电机弱磁性能及抗饱和能力研究

电动汽车永磁同步电动机需要宽的调速范围,但在高速弱磁时,铁心的饱和带来了较大的反电势失真和转矩波动,影响电机的运行性能。本文比较分析不同极槽配合的内置永磁同步电机高速弱磁工况的反电动势、电磁转矩和转矩波动情况。仿真分析表明,在高速弱磁条件下与分数槽电机相比,整数槽永磁同步电动机具有较高的反电势失真率和转矩波动;其中36槽8极电机弱磁能力最好,18槽8极电机转矩波动最小。     

双层V型双三相永磁同步电机的电感计算与转子结构优化

电感是永磁同步电机控制中重要的性能参数,是电机设计的关键。双三相永磁同步电机性能计算需要准确的计算电感及磁链等相关参数,而电机在运行过程中受磁路饱和与磁路交叉耦合效应影响严重,常规方法无法准确计算。本文采用冻结磁导率法对电机交直轴电感进行计算分析,通过改变交直轴电流大小,分析电感变化规律。分析双层V型永磁体张角及永磁体间距的变化对电机性能的影响,在保证永磁体的用量不变的情况下增大了凸极率,提高电机的过载能力。     

背绕式有槽永磁同步电机的电磁场解析模型

以1台5 kW背绕式高速永磁同步电机为研究对象,建立其电磁场解析模型。将电磁场求解域划分为气隙子域、永磁体子域、槽口子域和槽子域,求解相应的拉普拉斯方程或泊松方程,解析模型计及电枢反应场、永磁场和定子开槽的影响。计算了该电机的气隙磁密、绕组磁链、绕组反电动势、齿槽转矩和电磁转矩,并将结果与二维有限元法计算结果和试验数据比较,比较结果说明了解析模型的准确性。最后以槽口开度为变量,研究其对气隙磁密分布和齿槽转矩的影响。     

混合励磁永磁同步电机的结构原理与控制方案

混合励磁永磁同步电机具有永磁体和励磁电流两种磁源,能够实现对气隙磁场的控制.描述了这种电机的原理和结构,分析了其运行方式,并运用Matlab工具进行控制系统的仿真.仿真结果表明该控制方案可以使电机以超过转速基值的速度稳定运行.     

圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。     

混合励磁永磁同步电机的结构原理与控制方案

混合励磁永磁同步电机具有永磁体和励磁电流两种磁源，能够实现对气隙磁场的控制。描述了这种电机的原理和结构，分析了其运行方式，并运用Matlab工具进行控制系统的仿真。仿真结果表明该控制方案可以使电机以超过转速基值的速度稳定运行。