基于磁齿轮调制的复合电机有限元分析

为了降低机械损耗,获得高转矩密度电机,研究了一种磁齿轮复合电机,该电机充分利用磁场调制型磁齿轮内部空间,将磁场调制型磁齿轮和永磁电机复合在一起。利用有限元软件建立磁齿轮复合电机二维有限元模型,分析了电机磁力线分布、气隙磁密及对应的傅里叶分析、感应电动势、稳态运行转矩、齿槽转矩等特性。仿真结果表明,此类复合电机磁力线分布均匀,气隙磁密对应的最大谐波次数符合设计要求,三相反电动势对称性好,内外转子转矩比与传动比一致,齿槽转矩较小。与传统永磁电机相比此类电机有很好的转矩传输比和较高的转矩密度,具有很好的应用前景。     

磁齿轮复合永磁电机综述

磁齿轮复合永磁电机将磁齿轮传动装置与永磁同步电机集成于一体,不仅继承永磁电机功率密度大和可靠性高等诸多优点,且结构紧凑、传动效率高,在汽车牵引、风力发电、工业传动和航空航天等领域具有广阔的发展空间。阐述了磁齿轮和磁齿轮复合电机的研究现状,以及磁齿轮复合电机的应用和发展;对几种典型的新型磁齿轮复合电机进行了详细介绍,探讨了磁齿轮复合电机的发展趋势。     

辐条式磁齿轮电机齿槽转矩抑制

磁齿轮电机具有转矩密度高、转子结构坚固的特点。针对外转子辐条式磁齿轮电机齿槽转矩高等问题,以一台三相18槽28极外转子辐条式磁齿轮电机作为研究对象,利用磁场调制理论对气隙进行解析计算,然后基于麦克斯韦张量法分析外转子辐条式磁齿轮电机齿槽转矩产生的机理,并通过调节槽口角度和转子削角对磁齿轮结构进行优化。有限元分析结果表明,优化后电机的反电动势三次谐波被削弱了53%、齿槽转矩幅值被削弱了93.4%、输出转矩脉动下降了73.7%。有限元分析结果验证了调节槽口角度和转子削角的结构优化方法的有效性。     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

新型外转子磁齿轮复合电机的设计与研究

提出一种新型外转子磁齿轮复合电机,该电机将磁齿轮和无刷直流电机进行整合,电机的外转子和磁齿轮的内转子共同构成复合电机的内转子,实现了低速大转矩的直接驱动方式,同时充分利用了磁齿轮的内部空间,从而提高了整个传动系统的效率。采用时步有限元法对复合电机的磁场进行分析,充分考虑了谐波磁场的相互耦合问题,并得出复合电机的相关动态特性。这些特性揭示了复合电机非常适合与低速大转矩的直接驱动场合,但是不适合于对舒适度和位置精度要求较高的场合。制造了一台1 200 W原型机,并对原型机进行试验,验证了电磁理论分析结果的正确性。     

电动汽车用混合励磁场调制电机设计研究

场调制电机是一种基于磁齿轮效应的新型磁场调制式电机,具有低速大转矩特性。将混合励磁概念引入到场调制电机,提出一种混合励磁场调制电机。在不增大电机体积和不增加电机定、转子极槽数情况下,实现电机在强、弱磁过程中宽调速范围运行。分析其工作原理,采用有限元方法计算电磁特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、齿槽转矩和输出转矩等,对其强、弱磁过程进行了分析。制作1台1 kW样机,搭建实验平台并进行特性测试,结果表明,该电机具有转矩密度大、齿槽转矩小、调速范围宽的特点,适用于电动汽车领域。     

新型磁齿轮复合电机的设计与分析

本文提出一种新型磁齿轮复合电机,该电机是将磁齿轮与游标电机相整合,使得游标电机的内转子与磁齿轮的外转子共同构成复合电机的低速转子,游标电机的输出转矩可以传输到复合电机的低速转子,从而提高了复合电机的输出转矩实现低速大转矩的直接驱动方式,同时充分利用了游标电机的内部空间,提高了复合电机的转矩密度。与此同时,电机的设计参数与原理将在本文给出。采用有限元分析法,对复合电机进行电磁分析。有限元的分析结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

磁齿轮传动永磁同步风力发电机分析

为克服传统永磁同步风力发电机中齿轮增速装置存在机械磨损和噪声等问题,分析研究了一种磁齿轮传动永磁同步风力发电机。利用Ansoft软件,建立了电机的二维有限元结构模型,计算其磁场分布,分析了电机的气隙磁密、感应电动势和电磁转矩等电磁特性。结果表明,磁齿轮传动永磁同步发电机具有较好的转矩传输比,可靠性较高,适合在风力发电系统中应用。     

磁齿轮电机与集中绕组永磁电机的比较分析

当前低速大转矩传动系统存在机械振动、刚性摩擦等问题,根据调制型磁齿轮效应,磁场调制型永磁齿轮电机(FPGM)可用于低速大转矩直驱。通过分析FPGM与分数槽集中绕组永磁同步电机(FSCW-PMSM)的绕组磁动势各次谐波在电机中的作用,定性比较两者的异同。通过建立FPGM和FSCW-PMSM的有限元模型,分析了两者转矩特性、功率因数和参数特性的区别,验证了FPGM产生大转矩的能力,并为关键参数的分析设计提供了参考。搭建FPGM样机空载试验平台,并将试验数据与有限元分析结果进行对比,证明以FPGM提供低速大转矩方案的可行性。