分数槽集中绕组永磁球形电机定子磁场分析

永磁球形电机电磁转矩需要定转子磁场的共同作用,为了改善定子磁场分布,对定子磁场和齿极数选择方法进行分析。根据分数槽集中绕组电机理论,结合矢量运算,得到电机相数为任意值时旋转和倾斜的参考电流方程。以9齿8极的永磁球形电机为模型分析,利用有限元仿真和最小二乘法,得到定子线圈磁场的分布和各次球谐波的系数,证明参考电流法可以产生与转子磁场同步的定子磁场,进一步分析不同齿极数组合的球形电机的定子纬度线的磁场谐波分布,结果表明谐波次数与齿极数的最大公约数t和相数m有关。     

集中绕组永磁无刷电机的转矩研究

集中绕组永磁无刷电机由于绕组结构与常规60°相带分布绕组不同,定子磁动势的谐波含量增加,定子齿、槽的影响也加大。本文采用电机磁能虚位移原理计算电机转矩,并编制了计算软件,不仅可以计算电机的平均电磁转矩,还可以得到由谐波磁场产生的谐波脉动转矩。通过实例计算,本文还比较了整数槽绕组和分数槽绕组产生谐波转矩的情况,采用分数槽绕组可以削弱谐波脉动转矩。     

定子模块化分数槽集中绕组电机性能分析

通过在两种槽极配置（12槽10极与12槽14极）电机定子非绕线齿中插入间隙,对分数槽集中绕组电机的定子进行模块化设计。使用有限元软件建模仿真,与传统一体式电机进行对比。分析发现,模块化电机定子间隙的存在改变了定子磁路,从而影响电机的电磁特性、转矩特性以及损耗特性。定子间隙对电机性能的影响也同时得以明确,结果表明,定子间隙的存在提升了12槽14极电机的绕组因数、输出转矩,运行效率等。和12槽10极电机相比,少槽多极（12槽14极）分数槽集中绕组电机更适合进行模块化改造。     

不规则齿永磁同步电动机改型设计

集中绕组电动机由于定子线圈绕在齿上,具有端部最小化、易于绕线、成本低等优点.提出了一种新的将分布绕组电机改型为集中绕组电机的方法.此方法直接在电机剖面结构图上进行新的绕组定义和齿形的改造,改型后电机具有不规则的齿宽.分别以一个整数槽电机和一个分数槽电机为例应用这种方法,并对原型机和改型机进行有限元分析.仿真分析结果表明改型后的电机基本保持了原型机的性能.根据这个方法设计制造了一台具有3种齿宽的方波电机样机.测试结果满意,验证了这种方法的有效性.     

双定子永磁电机内外定子绕组相轴相对位置确定方法

确定内外定子绕组相轴相对位置是双定子永磁电机设计安装过程中必须解决的问题.本文推导了永磁电机定子绕组相轴位置与电机设计参数关系的解析表达式,并分别以整数槽、分数槽绕组电机为例,将解析表达式求解结果与槽导体电势星形图分析结果进行对比;采用有限元方法分别计算了内外定子均为分数槽和内定子为整数槽外定子为分数槽两种情况下的双定子永磁电机电磁特性;最后测试了内外定子均为分数槽样机绕组的相电动势波形.研究结果表明:解析表达式分析结果与槽导体电势星形图分析结果完全一致,有限元分析结果与实验结果吻合很好,验证了理论分析的正确性.本文所得解析表达式能准确计算永磁电机定子绕组相轴位置,适用于三相60°相带分数槽双层分布式、集中式绕组电机及整数槽绕组电机.     

双三相隔齿绕永磁同步电机容错性能分析

集中绕组中隔齿绕制形式能增大电机的绕组自感,实现绕组间的相互隔离,将该种绕组结构应用在双三相永磁同步电机可设计一种新的永磁同步容错电机。利用Ansoft Maxwell 2D分别为12槽10极和24槽22极双三相隔齿绕永磁同步电机建立仿真模型,针对不同绕组分布形式的电机进行有限元分析。研究两种极槽配合形式下不同接线方式的双三相隔齿绕永磁同步电机在静态磁场和瞬态磁场中的空载磁链波形、空载反电动势波形和绕组电感矩阵等特性,对比分析其电磁性能和容错性能,总结出更适合永磁同步容错电机的结构类型。     

三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机铁心的优化设计

Halbach磁铁阵列和集中绕组的分数槽绕组应用于永磁同步电机可提高输出转矩并降低转矩波动,满足伺服系统快速性和高精确度的要求,但需要对电机铁心进行再设计。依据Halbach磁铁阵列的理论建立了每极三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机磁场的模型,并分析了气隙磁场特点,提出采用集中绕组的分数槽绕组削弱齿谐波。分析电机铁心的结构特点,确定多个关键尺寸为设计变量,以一定电流的最大转矩平均值和最小转矩波动为主要优化目标,采用Taguchi方法简化优化设计的计算,并建立了双层的优化模型。以一台8极9槽的伺服电动机为例,采用有限元计算,阐述了每极三段Halbach磁铁阵列永磁电机多变量、多目标的优化过程。     

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。     

分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁动势及绕组系数分析

本文根据绕组电流产生磁动势的基本原理,使用Matlab软件对典型常用的几种分数槽集中绕组单元电机的定子磁势进行傅里叶级数展开,得到分数槽集中绕组磁势各次谐波的频谱图。通过对频谱的分析,得到分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁势的谐波分布规律。在磁势谐波频谱的基础上分析了分数槽集中绕组的绕组系数,得到了绕组系数分布规律及绕组系数表。为分析解决分数槽集中绕组永磁交流伺服电机其它问题打下基础,为电机的设计提供依据。     

一种降低永磁同步电机涡流损耗的方法

分数槽集中绕组永磁同步电机具有易于下线,铜耗低,转矩密度大等特点,因此得到了广泛地应用,但是分数槽集中绕组永磁同步电机的反电动势谐波含量较大,电机的涡流损耗比较大。本文提出了一种通过优化永磁同步电机永磁体形状来降低永磁同步电机涡流损耗的方法。该方法通过优化永磁体形状从而改善永磁体磁势的波形,从而改善电机反电动势的波形,进而降低永磁同步电机的涡流损耗。通过理论分析,仿真对比证明该方法可以大幅度降低的电机的涡流损耗,验证了该方法的可行性,且效果明显。     

定子齿顶偏心对压缩机用IPMSM振动噪音的影响

采用分数槽集中绕组的内置式永磁同步电机(IPMSM)变频驱动的压缩机,其振动噪声有增长的趋势且存在许多新的特征。为此,本文基于定子绕组电动势和电流的谐波,建立径向和切向电磁力的等效表达式,用以分析该种电机振动噪音的产生机理;提出用定子齿顶偏心结构来抑制绕组电动势谐波,从而抑制振动噪声;用有限元法计算了该结构多个方案的电磁振动噪声,并进行了样机制作和实验,表明定子齿顶偏心可有效降低分数槽集中绕组IPMSM变频驱动压缩机某些关键频段的噪音。     

一种分析交流旋转电机分数槽绕组的有效途径

对交流旋转电机电枢绕组的型式选择,采用分数槽绕组可以大大改善反电势波形,降低齿槽转矩,从而减少谐波损耗,提高电机的工作效率。本文旨在推广分数槽绕组在交流旋转电机中的应用;并以分数槽和整数槽两种绕组型式异步电动机为例进行仿真分析;提出了应用电势星相图对交流旋转电机分数槽绕组进行分析的方法,是解决分数槽绕组的分配与接线规律的有效途径。     

谐波励磁同步发电机旋转气隙磁场计算与分析

为了准确把握三次谐波励磁同步发电机随转子同步旋转的气隙磁场特性,尤其是旋转的三次谐波磁场的特性,基于有限元方法计算的电磁场结果,推导了随转子同步旋转的气隙磁场的计算方法。应用该方法对一台三次谐波励磁同步发电机有阻尼和无阻尼、直槽和斜槽等情况进行了仿真计算,得到了气隙磁场波形及其3k次谐波分量,分析了阻尼绕组对气隙磁场波形的影响,并从设计的角度提出了有效的解决方案。根据定子齿磁通以及三次谐波绕组匝数,计算得到了三次谐波绕组电压波形,且与实验测试波形基本吻合,验证了计算和分析的正确性,为该类电机的设计提供了理论依据。     

基于不等齿靴的双谐波永磁电机优化设计

五相永磁同步电机可利用双谐波（基波和三次谐波）电流输出转矩,需同时基波和三次谐波绕组因数及磁动势谐波含量;分数槽集中绕组的绕组因数小于1,且磁动势谐波含量丰富;针对该问题,提出采用电枢齿与辅助齿齿靴弧度不等的五相双谐波电机,根据解析推导出不等齿靴对双谐波电机绕组因数和磁动势谐波分布的。建立有限元模型对比仿真,验证了不等齿靴的双谐波永磁同步电机有更高的空载反电动势基波、三次谐波含量和更低的七次、九次谐波含量;在相同电流密度下,基于不等弧度齿靴的双谐波电机。     

分数槽集中绕组永磁电机弱磁性能研究

对于分数槽集中绕组电机,其绕组磁场中除整数次谐波外还含有分数次谐波,这些谐波分量使电机的直轴电感大大增加,提高了电机的弱磁调速性能。然而在不同极槽组合下,绕组磁场各次谐波分量变化十分复杂,因此有必要研究不同绕组形式下绕组电感的变化规律。本文首先建立了表贴式永磁电机绕组磁场的解析模型,分析了相电感各部分组成与谐波磁场的对应关系,给出了绕组磁场谐波频谱和相电感的解析表达式和详细推导过程。利用该方法计算了常用极槽组合下电机的谐波漏感系数,得出电机电感值与极槽组合的变化规律。最后,采用有限元仿真和实验对上述结论进行了验证。研究结果显示,采用分数槽集中绕组能使电机弱磁能力有明显的提升。     

不同定子模块化结构对分数槽永磁电机性能的影响

在分数槽集中绕组(FSCW)永磁电机的基础上进行了定子模块化改造,设计了四种不同的定子模块化结构,包括非隔磁类(T型、齿轭分离型)、隔磁类(E型、C型),以及缠绕齿和非缠绕齿不同时带齿尖的两种新型齿尖结构。建立相应的有限元电机模型,研究探讨了定子模块化类型与齿尖结构对FSCW永磁电机性能的影响。仿真结果表明模块化结构永磁电机选取合适的定子间隙可降低齿槽转矩。12槽10极电机采用的缠绕齿带齿尖结构可提高电机性能。     

基于响应面模型与遗传算法的无轭分块电枢轴向磁场永磁电机齿槽转矩优化

无轭分块电枢轴向磁场永磁电机（Yokeless and Segmented Armature Machine,YASA）是一种高功率密度、高效率的电机,适于电牵引驱动特别是电动车的轮毂和轮边直驱。本文针对基于软磁复合材料（SMC）的YASA电机的齿槽转矩进行研究。首先比较了基于SMC和叠压硅钢材料的YASA电机齿槽转矩波形,然后分析了永磁体极弧系数、永磁体斜极、定子齿靴宽度系数以及定子齿靴偏移对基于SMC的YASA电机齿槽转矩的影响,在此基础上建立响应面模型并利用遗传算法对齿槽转矩进行优化,最后,通过3-D FEM验证了优化结果的准确性。结果表明,在选取一定极弧系数的前提下,存在最优的永磁体斜极角度、定子齿靴宽度系数和定子齿靴偏移角度组合能够使电机的齿槽转矩降为最小,且优化前后电机的其他性能基本保持不变。     

分数槽表贴式永磁同步电机振动抑制

研究空载条件下表贴式永磁同步电机振动,提出采用定子齿开槽抑制8极9槽电机表面振动的方法。确定了永磁同步电机振动与径向电磁力的关系,在定子齿轴线的位置开槽,以定子齿表面的电磁力最小化为优化目标得到开槽的参数,将径向电磁力施加在定子齿上,得到8极9槽电机的瞬态响应。研究了绕组对电机模态频率的影响,得到加上绕组使得电机质量增加导致电机的各阶模态频率降低。实验结果表明采用定子齿开槽的方法后,8极9槽电机表面的振动可以减小40.7%。     

分数槽集中绕组定子磁动势的分解

介绍了单元电机的基本概念。以12槽双层的分数槽集中绕组为例,给出绕线原则,并在不确定单元电机极对数的情况下,用交流电机绕组理论、函数的傅里叶级数展开两种方法,从一个线圈、一组线圈、一相绕组到三相绕组详细推导了分数槽集中绕组各次谐波的绕组因数和磁动势,得出了分数槽集中绕组的一般特点和普遍规律。最后指出转子极对数接近但不等于定子槽数的一半是采用分数槽集中绕组的永磁电机的最佳选择。     

极槽配合对分数槽外转子无刷直流电机性能影响研究

介绍了无刷直流电机(BLDC)分数槽绕组的极槽配合原则,分析了极槽配合对外转子无刷直流电机绕组连接方式、绕组系数、气隙磁场、计算极弧系数、齿槽转矩、定子磁动势谐波、定子铁损耗等影响,并通过Ansoft和Matlab软件对12槽8极、12槽10极、12槽14极和12槽16极四种极槽配合电机进行仿真,验证了理论分析的结果,为电机设计提供了理论依据。