异步起动永磁电机最大去磁工作点计算新方法及抗退磁新结构

异步起动永磁同步电机(LSPMSM)最大去磁工作点发生在起动过程中,采用传统磁路分析法未考虑电机内瞬态磁场分布情况。提出最大去磁工作点计算新方法,可准确计及饱和、集肤效应等多种非线性因素。该方法一方面基于场-路-运动耦合时步有限元模型仿真实际起动状况,确定起动过程中最容易发生去磁的永磁体局部单元位置,并将该单元作为考核单元,揭示瞬态退磁磁场与转速之间的关系;另一方面通过给定转子转速的时步有限元模型计算堵转到同步速一系列转速下稳态运行时的退磁磁场,最终得到同步速退磁磁场作用下永磁体考核单元位置的工作点,即为LSPMSM设计校核用的最大去磁工作点。在此基础上,针对一台22 k W样机进行抗退磁能力分析,并提出一种有效提高电机抗退磁能力的复合材料转子新结构。最后通过设计磁场实时测量系统得到某台实验电机起动过程中永磁体工作点,验证了所提方法的有效性。     

复合转子异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体退磁的研究

复合转子异步起动永磁同步电动机是一种新型的永磁同步电机,它利用实心转子的涡流和铜导条实现自起动能力。为研究其起动过程中永磁体的退磁情况,建立了计及涡流、饱和等因素的有限元模型,分析该种电机起动过程中电机结构参数、起动条件对永磁体最小工作点及平均工作点的影响,并对起动过程中的永磁体退磁规律进行分析。研究发现永磁体的最小工作点与合成磁动势位置有关,当永磁体磁场与定转子合成磁场的夹角为110°、240°左右时,永磁体局部退磁风险大;最大去磁工作点出现在低转速,而不像普通异步起动永磁同步电动机那样出现在接近同步速。合成磁动势直轴分量能够反映永磁体去磁磁场的强弱,负载越重,永磁体的最大去磁平均工作点越低,对应的转速越接近同步速,出现最严重去磁的概率越大。     

考虑永磁体不可逆退磁的磁齿轮复合电机设计

提出了一种考虑永磁体不可逆退磁的磁齿轮复合电机(MGM)的设计方法。通过有限元方法分析了MGM永磁体的退磁情况,建立了MGM抗退磁能力的评估模型以及退磁率的计算方法,提出了一种综合考虑电机抗退磁能力、转矩密度、永磁体利用率的设计方法,制作了样机,转矩密度达到60.9 N·m/L,永磁体利用率为50N·m/kg,永磁体在2倍额定电流下不会发生不可逆退磁,可以保证MGM的可靠运行。     

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。     

基于退磁限制的无轴承永磁同步电机性能参数分析

无轴承永磁同步电机磁场中不仅存在转矩绕组电流产生的磁通,而且存在径向悬浮力绕组电流产生的磁通,这两种磁场会导致永磁体退磁。设计永磁体参数需考虑产生最为有效径向悬浮力、电磁转矩和避免永磁体退磁三者之间的关系。论文分析了转矩绕组电流产生的磁通和径向力绕组电流产生的磁通共同作用下,转子表面永磁体容易引起退磁的关键区域;在电机气隙不变情况下,分析得出了保证产生最为有效的径向力时最佳永磁体厚度;基于永磁体退磁限制,采用有限元分析计算,针对论文中设计的永磁体厚度及气隙长度,得出了无轴承永磁同步电机最大转矩电流、径向悬浮力电流和产生的最大径向悬浮力。     

用作图法求永磁体的动态工作点

《微特电机》80年第一期发表了“磁通源等值磁图法分析稀土永磁动态工作点”一文。作者在文中指出可用B-H退磁曲线求稀土永磁动态工作点,如用M-H退磁曲线求动态工作点,则应把去磁磁场H_d乘以一个小于1的系数。我们认为应该用M-H退磁曲线求永磁体(包括稀土永磁)的动态工作点,如用B-H退磁曲线,则应把去磁磁场H_d乘以一个大于1的系数。事实上,从物理意义上来看,永磁体所受的去磁磁场应等于外去磁磁场加上自退磁磁场。自退磁磁场的含义是,由于永磁体不是无限长,其两端要出现磁极,此磁极在其内部     

永磁体形状对可变磁通记忆电机调磁参数影响

采用有限元方法对不同永磁体截面形状的可变磁通记忆电机空载和直轴去磁磁场分布进行了分析,详细描述了转子内的旁路磁通和零磁通密度区域的变化情况.在此基础上,研究了永磁体形状改变对每极最大气隙磁通、气隙磁通密度、永磁体中心线上的磁通密度以及最大去磁安匝数等调磁参数的影响.结果表明合理选择永磁体形状可以显著提高永磁体的利用率;永磁体形状系数小于约0.6时,容易实现对永磁体有效去磁,而永磁体截面形状接近矩形时则应该将整个永磁体工作点去磁到拐点以下才能保证去磁效果.该成果有助于此类电机的合理设计和控制.     

内置式永磁同步电机电磁退磁性能研究

本文针对内置式永磁同步电机中永磁体在高温环境下工作易发生不可逆退磁的问题,以一台峰值功率70kW内置式永磁同步电机为例,首先从永磁体退磁机理入手,分析永磁体发生不可逆退磁的电磁机理,继而建立电机的2D有限元仿真模型,计算并分析了不同d、q轴退磁电流、工作温度对永磁体退磁性能的影响,进而提出提高内置式永磁同步电机抗退磁能力的方法。最后,试制样机,进行退磁实验,对比实验前后反电势波形,验证了电机的抗退磁能力及有限元仿真的可行性。     

异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体退磁研究

异步起动永磁同步电动机起动过程中,定转子电流产生的强退磁磁场可能导致永磁体发生不可逆退磁。该文采用二维有限元法,深入研究了W形转子结构异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体的退磁特点,分析了定转子基波磁动势对永磁体工作点的影响,以及永磁体最大退磁点出现的规律。结果表明:电机以不同负载条件及转子初始位置起动时,每个起动过程中永磁体退磁最明显的时刻可能出现在任意转速;随着负载转矩和转动惯量的增大,永磁体退磁最明显时刻的电机转速接近同步速的概率增大,永磁体遇到最严重退磁磁场的概率也将增大。电机正常起动过程中,很可能在永磁体边角位置发生不可逆退磁,位置比较固定且区域面积很小,不会对电机性能产生显著的影响。     

异步起动永磁同步电机非正常工况退磁分析

为了研究异步起动永磁同步电机非正常工况运行时的退磁磁场对永磁体的影响,通过建立有限元模型,计算分析了包括三相突然短路、缺相运行、过载运行、降电压运行、失步运行和堵转运行6种常见非正常工况运行时定子电流、转速和永磁体工作点磁密的变化。结果表明,起动过程电流均大于非正常工况运行时的冲击电流,直接影响了作用在永磁体上的去磁磁动势,定、转子合成磁动势作用在永磁体上,将使得永磁体工作点磁密最小,退磁风险最大。当电机在同步状态运行时,永磁体工作点磁密为恒定的值;当电机在失步状态运行时,转子导条产生感应电流,定子电流和转子导条电流产生的合成磁场使永磁体工作点磁密做周期性波动。     

可变磁通永磁记忆电机调磁特性

建立了可变磁通永磁记忆电机永磁体连续去磁和重新充磁的磁化模型,给出了去磁时的回复线方程和充磁时的局部磁滞回线方程,采用有限元法对电机施加不同定子直轴电流时的磁通分布和永磁体内的磁通密度变化进行了分析,据此计算了电机永磁体在不同磁化状态时的气隙磁通密度、相磁链、相反电动势、每极气隙磁通等参数。文中给出了记忆电机连续去磁与充磁的有限元分析流程。设计制作了一台样机进行了实验验证,实验结果与有限元计算结果吻合较好。有限元计算与实验结果同时表明,记忆电机能实现连续近似线性去磁,但增磁特性呈非线性;永磁体的充磁比去磁困难,饱和充磁电流大约是完全去磁电流的4倍。     

基于减小永磁同步电机齿槽转矩的磁极参数优化

针对永磁电机存在齿槽转矩影响运行性能的问题,通过分析电机齿槽转矩解析表达式的磁极参数,利用有限元软件建立3相4极24槽表贴式永磁同步电机仿真模型,分析永磁体剩磁感应强度、极弧系数以及永磁体厚度的变化对电机齿槽转矩的影响规律,最佳的磁极参数可有效削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩,改善电机运行性能。     

复合结构混合永磁电机抗退磁性能分析及优化

针对传统稀土永磁电机的稀土永磁材料用量高的问题,本文提出一种由钕铁硼和铁氧体混合永磁的交替极加局部Halbach结构的少稀土永磁同步电机,分析了该复合结构混合永磁电机的结构特点。比较分析了该电机与传统一字型钕铁硼稀土永磁电机的电磁性能,并依据退磁特性建立了该电机的局部退磁有限元模型,通过磁路耦合联合仿真对电机多运行工况进行了仿真,针对高速弱磁和变载运行工况下电机局部退磁的性能损耗,以提高永磁体工作点和降低退磁率为优化目标,给出了该电机的抗退磁优化设计方案。仿真结果验证了所提电机结构的合理性,电机抗退磁性能较优化前提升了10.3%。     

车用内置式永磁同步电机局部退磁分析

抗退磁能力是评价永磁电机性能优劣的重要因素之一,车用永磁同步电机受工作环境、功率密度等影响,永磁体易产生局部退磁。本文概述了永磁体的退磁机理,以一台存在局部退磁风险的8极48槽内置式永磁同步电机为例,分析了电机产生局部退磁时的转子磁场分布,提出在局部退磁区域增加辅助槽以增大该区域等效气隙来消除永磁体局部退磁风险的方法,分析了辅助槽尺寸对永磁体退磁情况及电机输出转矩的影响,通过选择合适的辅助槽尺寸消除了电机永磁体局部退磁的风险。     

基于有限元的永磁无刷直流电机转矩优化设计

在分析永磁无刷直流电机电磁转矩的基础上,以抑制电机转矩脉动为目标,提出了有限元与最小二乘支持向量机( LS-SVM)及粒子群优化算法相结合的永磁无刷直流电机设计方法,建立了永磁无刷直流电机有限元模型.经有限元计算分析,得到了极弧系数、永磁体厚度和气隙长度对电机转矩脉动的影响曲线,生成了LS-SVM训练样本,经训练得到了永磁无刷直流电机LS-SVM模型,通过有限元计算和LS-SVM模型拟合结果的比较,验证了模型的准确性.利用粒子群优化算法对永磁无刷直流电机LS-SVM模型进行优化,得到了极弧系数、永磁体厚度和气隙长度的最优参数,经有限元计算结果验证了优化的有效性.     

电动车用直流无刷电机不同永磁结构对比分析

为了提升微型纯电动汽车驱动用无刷直流(BLDC)电机的输出转矩并降低其损耗,对不同永磁结构与充磁方式的BLDC电机进行对比分析。首先,通过测量微型试验车辆的基础参数,对BLDC电机进行功率和转速匹配。其次,在控制永磁体用量的基础上分别确定2种永磁结构的具体结构参数,并对2种具有不同充磁方向永磁体结构进行了具体的分析,以选取最为合适的永磁体形状及充磁方式。最后,基于有限元分析方法,对比分析了平行充磁和径向充磁2种结构BLDC电机的基本电磁性能。有限元分析显示前者输出转矩比后者高3%,转矩脉动低28%,损耗低5%,验证了理论分析的有效性。结果表明,在表贴式BLDC电机在永磁体用量一定的条件下采用平行充磁的永磁结构性能更加出色。     

低速大转矩永磁电动机表贴式磁极结构涡流损耗研究

表贴式磁极的永磁体与气隙直接接触,定子齿槽效应会在磁钢表面产生涡流损耗,严重时会导致永磁体的不可逆去磁。针对该问题,本文提出在常规表贴式永磁体表面加装双曲导磁极靴的方法,采用有限元仿真对比分析加装极靴前后永磁体内磁密波形和损耗变化情况,以一台采用双曲极靴磁极的螺杆泵用低速大转矩永磁电动机为研究对象,采用标准遗传算法优化设计双曲极靴磁极结构参数,并用仿真和样机测试进行验证,结果表明,双曲极靴磁极可有效降低常规表贴式永磁电机的永磁体损耗,电机温升、效率等指标均优于常规表贴式磁极电机。     

永磁辅助同步磁阻电机退磁仿真分析

永磁体的不可逆退磁问题严重影响永磁辅助同步磁阻电机运行的稳定性,在电机设计阶段通过准确的仿真手段评估永磁体的不可逆退磁是很有必要的。介绍了基于参数修正的退磁仿真方法和基于瞬态场的退磁仿真方法的计算原理,并进行了永磁体不可逆退磁情况的仿真。两种退磁仿真方法的计算结果表明,基于参数修正的退磁仿真方法更能反映永磁体的整体退磁情况,而基于瞬态场的退磁仿真方法更能反映永磁体的局部退磁情况。     

永磁牵引电机不同转子结构对电机性能的影响

牵引电机由于交轴和直轴磁路不对称而会产生磁阻转矩,而磁阻转矩的利用情况对于电机的过载能力和功率密度有一定影响。本文对一台20 kW牵引电机不同转子结构的电抗参数进行有限元计算,并通过试验验证;经过对比分析得出V形转子和V—形转子更加适合永磁牵引电机。此外,通过对比不同永磁体结构尺寸,得出改变永磁体的夹角和圆心距能够最经济化地提升电机整体性能。     

异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体平均工作点的解析计算

针对采用时步有限元法研究异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体工作点的变化时存在计算时间长、不适合电机设计阶段的快速计算的问题,通过将异步起动永磁同步电动机的动态数学模型和磁路计算模型结合,建立了异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体平均工作点的解析计算模型。利用该解析计算模型计算了3台样机起动过程中永磁体平均工作点的变化,分别得到了电机起动过程中最大退磁磁场出现时的永磁体平均工作点和电机稳定运行时的永磁体平均工作点。通过与有限元法的计算结果作比较,验证了该解析计算模型的准确性,可为该类电机的快速设计提供参考。