定子开槽表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析法

针对表贴式永磁电机定子开槽后的转子偏心空载气隙磁场解析问题,结合正则摄动理论建立其全局解析模型.将解析区域划分为永磁体、气隙和槽区域,通过各子区域之间的边界条件,求解拉普拉斯方程或泊松方程.叠加气隙磁密的零阶分量和一阶分量,得到偏心气隙磁场分布.解析解与有限元解的比较结果表明,气隙磁密、齿槽转矩和不平衡磁拉力计算准确,验证了解析模型的可靠性.所述解析方法计算快速准确,便于分析表贴式永磁电机转子偏心磁场.     

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。     

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。     

考虑横向电流和饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机起动转矩分析

双斜槽转子感应电机是一种能提升普通单斜槽转子感应电机性能的新型电机,横向电流和磁场饱和轴向变化对其起动性能的影响未得到充分研究。为了精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩,基于三维有限元瞬态场,本文建立一种考虑横向电流和磁场饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机分析模型。提出一种考虑主电抗变化的等效电路参数法,精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩特性。同时通过分析气隙磁通密度的轴向变化来说明三维有限元分析模型能考虑磁场饱和轴向变化,通过仿真不同横向电阻值的有限元模型来探究横向电阻与转矩-转速曲线的关系。与有限元中的虚位移法和实验相比,计算结果证明了所提方法能够精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩。     

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。     

一种减小永磁电机转子损耗的转子结构

单层分数槽集中绕组具有良好的物理隔离、热隔离和磁隔离能力,故其特别适用于表贴式永磁同步容错电机。针对单层分数槽集中绕组磁场的低次谐波幅值很高,从而引起高的永磁体涡流损耗和转子铁心损耗的缺点,提出了一种单层分数槽集中绕组表贴式永磁同步容错电机的转子模块化结构,分析了该种转子模块化结构减小转子损耗的原理,并以12槽5对极电机为例,通过仿真计算对比了所提结构与其它削弱电枢磁场次谐波技术对电机各项性能的影响。研究结果表明,采用该结构后可以降低电机转子损耗约36%,提高平均转矩5%～10%。     

定子槽开口对感应电机转子涡流损耗的影响

为了精确计算感应电机转子上的涡流损耗并探讨定子开槽对其产生的影响,对于额定功率为2.2 k W极对数为4的小型铸铝转子感应电机中转子涡流损耗情况进行了详细分析。通过建立不同定子槽开口的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论分析与二维有限元的计算方法,研究了电机气隙谐波磁场与定子槽开口的关系,揭示了转子中不同位置的磁密与涡电流分布情况,并对比分析了不同槽开口模型中转子铁心与导条中涡流损耗的大小关系。仿真结果表明:气隙中的谐波磁场以及转子铁心表面的涡电流密度都随着定子槽开口增大而增大;转子铁心及导条中的涡流损耗随定子槽开口的增大呈二次函数的增长趋势。     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

基于定子永磁拓扑的混合式步进电机二维等效模型构建方法

齿层比磁导法和三维有限元法是目前分析混合式步进电机的主要方法。然而,齿层比磁导法难以考虑铁心叠片间绝缘层磁阻对永磁磁场轴向非均匀分布的影响、计算精度较差,三维有限元法计算过程复杂、耗时较长,为此提出一种基于定子永磁拓扑的二维等效模型构建方法及其二维有限元分析。该方法通过电机结构等效变换和轴向分段将混合式步进电机转子永磁三维模型等效变换为定子永磁二维模型,并采用对三维模型、二维模型分别进行一次空载有限元静态仿真的方法确定二维等效模型参数,能够考虑永磁磁场轴向非均匀分布的特性,具有模型建立简便、计算精度高、耗时少的优点。通过三维有限元仿真验证了该方法的可行性和准确性。     

基于冻结磁导率法的内置式永磁同步电机的转矩精确的分离

相较于表贴式电机,磁阻转矩是内置式永磁电机所特有的。磁阻转矩的分析对内置式永磁电机尤为重要。本文提出了一种精确的内置式永磁电机的模型,该模型基于冻结磁导率法可以实现内置式永磁电机的各个转矩分量的分离。同时还发现由于转子磁场与定子铁心中的不等d和q轴磁阻的相互作用,会产生附加的转矩分量。本文所提出的模型可以在任何负载条件下再现瞬时转矩波形,与传统方法相比,提供了更精确的磁阻转矩评估方法     

基于齿靴优化的分数槽集中绕组电机定子磁场谐波削弱

为优化分数槽集中绕组电机的定子磁场波形,提出一种定子齿靴优化的方法。本文介绍了定子齿靴优化的思路及其在Maxwell 2D中实现的方法,以8槽6极表贴式单相永磁同步电动机为例,对不同齿靴优化程度的电机模型进行仿真,得到定转子磁场波,并进行傅里叶分解和气隙磁密的计算。仿真结果表明:提出的定子齿靴优化方法能有效地改善分数槽集中绕组电机的定子磁场波形,降低其谐波畸变率。本文为优化分数槽集中绕组电机的定子磁场波形提供了一定的参考依据。     

高速永磁无刷直流电动机定子槽数的双变量优化方法研究

为研究高速永磁无刷直流电动机的槽数优化选择问题,通过有限元分析方法分别建立不同定子槽数电机模型,从转子涡流损耗和抗电枢去磁能力两方面分析不同定子槽数对高速无刷直流电动机性能的影响,提出基于双变量的槽数优化目标函数,得到21槽的分数槽优化设计方案。仿真和样机制作证实了目标函数所得到的分数槽结果在高速无刷直流电机定子槽数选择中的合理性。研究结果为高速永磁无刷直流电机定子槽数选择提供了理论依据与方法。     

直槽与斜槽式永磁无刷电动机的有限元分析

说明了斜槽式永磁电机的分段计算法。利用有限元分段计算法,对电枢斜槽结构的电机车用轮毂式永磁无刷直流电动机的空载和负载磁场进行了计算,并由此算出电动机的反电动势随转子位置角的变化波形和反电势系数曲线;对直槽和斜槽式结构的气隙磁密分布、反电势波形和反电势系数作了比较和分析。接着,用磁链法和能量法分别计算了电动机的自感和互感系数,计算结果与实测值对比,说明计算具有较高的精度。     

表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场解析

针对表贴式永磁电机转子偏心问题,建立了一种基于边界摄动法的静态偏心解析模型,采用矢量磁位推导偏心空载气隙磁场磁通密度解析表达式,解析模型中的偏心扰动量无量纲。磁通密度和不平衡磁拉力的解析结果与有限元分析结果相比较,证实了偏心模型的正确性和有效性。     

表贴式永磁电机转子无铁心解析法磁场分析

在高效节能电机应用领域,电机铁心一般采用无导磁材料,即转子无铁心在电机设计时会优先考虑,但相关对其只是采用有限元法进行分析,而采用解析法分析却非常少见。针对表贴式永磁电机转子无铁心结构,通过建立电机空载场解析模型,分析表贴式永磁电机转子无铁心的充磁方式、气隙磁通密度、反电动势等参数,并利用有限元法对解析模型进行了相关验证。     

永磁同步电机转子涡流损耗优化及温升分析

为解决永磁同步电机转子涡流损耗引起的转子温度高、永磁钢退磁等问题,建立转子涡流损耗解析表达式,分析影响参数,并以3相8极36槽V型IPMSM为例,研究定子槽口宽度、气隙长度、转子偏心距、定子斜槽角度等参数对转子涡流损耗的影响规律,完成最优参数匹配。研究结果表明,优化后的转子结构能够有效削弱电机主气隙磁密的高次谐波,从而减少涡流损耗、降低转子温度,提高电机输出性能。     

永磁电动机转子偏心空载气隙磁场矢量位解析法

提出了矢量磁位解析法用于分析转子偏心表贴式永磁电动机的空载气隙磁场,该方法适用于内转子偏心和外转子偏心结构.解析模型的求解场域分为气隙区域和转子永磁体区域,两类子区域的矢量磁位拉普拉斯方程或泊松方程根据交界条件建立关联,利用边界摄动理论,通过矢量位解析法求解转子偏心表贴式永磁电动机在定子坐标系下和转子坐标系下的气隙磁通密度表达式,实例计算结果与有限元法分析波形作比较,验证了矢量位解析法的有效性和正确性.     

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。     

高速储能飞轮用无铁心永磁无刷直流电动机的分析与设计

采用电磁场的数值计算方法,对比分析了常规磁体结构和HALBACH磁体结构的外转子无定子铁心永磁无刷直流电机,重点分析了磁体厚度变化对两种磁体结构电机气隙磁通密度、磁通及转子轭部磁通的影响,认为HALBACH磁体结构特别适于外转子高速飞轮用无铁心电机.提出HALBACH磁体结构电机的场路结合设计计算方法,并通过一25Nms角动量(30000r/min额定转速)的高速外转子飞轮用无铁心永磁无刷直流电动机进行了试验验证.