新型磁通切换电机原理和特性分析

提出了一种内嵌有径向充磁永磁体的新型磁通切换电机,分析了径向充磁永磁体对电机的影响,并对电机的工作原理进行了分析。建立了12/10极磁通切换电机的有限元模型,对电机的静态特性进行了研究,包括气隙磁密、磁链、反电动势和电感等特性。计算结果表明,内嵌有径向充磁永磁体的磁通切换电机可以有效减小定子轭部的漏磁,增强永磁材料的利用率;同时新拓扑结构的磁通切换电机的绕组具有一致性和互补性。     

混合永磁记忆电机特性分析和实验研究

提出一种混合永磁可变磁通记忆电机,研究了永磁体不同磁化状态下的静态特性。基于有限元法,对施加不同去磁电流时的电机磁场分布进行了分析,并观察永磁体内的磁密变化,计算了不同永磁磁化状态下的气隙磁密、永磁磁链、反电动势及每极气隙磁通等电机主要参数。制作一台样机,并进行实验研究,实验结果与有限元计算结果吻合较好。研究表明,永磁体的充磁比去磁要困难,当磁化电流为2倍的定子额定电流时,能将磁体去磁90％,而仅能充磁到饱和时的30％：与基本结构记忆电机相比,该混合永磁记忆电机具有更高的气隙磁密。该类电机在宽调速驱动系统中具有应用前景。     

环形磁钢空心杯电机空载漏磁系数的计算

针对环形磁钢空心杯电机的特殊磁路进行了分析,并给出了磁路模型。根据模型列出了空载漏磁系数的解析表达式,并针对两款不同机座号的电机进行了计算,计算结果与磁力线法、磁矢位法两种有限元方法的计算结果相吻合,验证了该解析表达式的正确性,为环形磁钢空心杯电机的磁路计算提供了依据。     

变频电机充检磁工艺探究及仿真分析

以150 W永磁电机为例,分别对充磁原理、充磁方向、充磁能量参数的选择、检磁补偿以及充磁定位偏离角度等进行分析,并结合Ansoft仿真,研究了不同的充磁方式、磁钢与转子外表面温度关系以及充磁定位偏离角度对电机气隙磁密及气隙磁通的影响.研究表明充磁方向不当或充磁能量不足等导致充磁质量不佳,就会影响到电机的气隙磁通、磁密,谐波含量以及退磁电流等,从而导致电机达不到设计的要求.因此,对于不同的电机,应当选择合理的充磁方式,并提高充磁工艺的质量,以使得磁钢发挥最佳的性能.     

多极永磁无刷直流电动机瓦形磁钢气隙磁通密度的解析计算

利用永磁体的等效面电流法,求得多极平行充磁内外圆弧不同圆心不同半径瓦形永磁体在电机定子内表面产生的径向磁通密度的解析计算公式。通过对一台多相无刷直流电动机的解析计算结果与反电动势的实测值比较,验证了电磁场解析计算公式的有效性和正确性。推导给出的内外圆弧不同半径、不同圆心平行充磁瓦形磁钢产生气隙磁场的解析计算公式,解决了平行充磁瓦形磁钢难以获取平顶反电势波形的问题,提高了解析法计算永磁电机气隙磁场和参数的精度,为多极式无刷直流电动机优化设计及性能分析奠定了理论基础。     

The Design of the Nonuniform Thickness Tile Shape Permanentmagnet Pole for DC Motor

】　能按不同的气隙磁密波形设计永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢,不仅可得到各具特色的电机性能,而且可使充磁工艺简便,电机性能稳定可靠。文章利用磁钢工作点确定原理,利用相对值图解法,论述并推导出只需利用一个计算公式就可设计不等厚瓦形磁钢各磁钢元厚度变化规律的设计方法,适合于各种规格电机;而铁磁磁压降非线性问题带来的设计复杂化也可通过图解法逐一求解解决。本设计方法可设计出产生任何一种气隙磁密波形的磁钢并使电机性能稳定可靠。     

永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢的设计

能按不同的气隙磁密波形设计永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢，不仅可得到各具特色的电机性能，而且可使充磁工艺简便，电机性能稳定可靠。文章利用磁钢工作点确定原理，利用相对值图解法，论述并推导出只需利用一个计算公式就可设计不等厚瓦形磁钢各磁钢元厚度变化规律的设计方法，适合于各种规格电机；而铁磁磁压降非线性问题带来的设计复杂化也可通过图解法逐一求解解决。本设计方法可设计出产生任何一种气隙磁密波形的磁钢并使电机性能稳定可靠。     

永磁同步伺服电动机气隙磁场优化设计

该文对永磁同步电动机气隙磁场进行了优化设计.针对平行充磁方式,提出了一种不等厚磁钢的设计方法,使电机空载反电动势呈正弦分布以及降低由较低次气隙磁场谐波引起的力矩波动成分.利用有限元仿真软件Ansoft对二维电机模型进行分析求解,计算结果表明该不等厚磁钢能够使气隙磁密波形接近正弦.     

一种混合充磁同心磁齿轮及其复合电机分析

为提高磁场调制式磁齿轮输出转矩,分析了一种混合充磁同心式磁齿轮。内转子永磁体为径向充磁,外转子永磁体采用正弦充磁,检验了2种充磁方式下气隙磁密的谐波匹配程度。建立了磁齿轮有限元模型,分析了内外气隙磁场分布,内外转子静态转矩特性和稳态运行转矩。并在优化磁齿轮轭部基础上,设计了一种混合充磁磁齿轮复合电机,计算了空载反电动势。结果表明,混合充磁下磁齿轮内外气隙有较高的切向磁密幅值,内外气隙谐波匹配度较好,有较高的输出转矩,优化轭部后转矩提升明显。     

Halbach圆筒型永磁直线同步电机永磁体用量优化研究

本文提出一种减小径向充磁永磁体厚度的Halbach圆筒型永磁直线同步电机结构,在不降低平均推力的情况下减少永磁体用量,从而降低成本。首先,通过磁路法计算得到直线电机气隙磁密公式,分析了永磁体相关尺寸与气隙磁密的关系。应用有限元方法分析了电机分割比λ、径向充磁永磁体厚度P_r和径向充磁永磁体长度■_(mr)变化对电机气隙磁密、平均推力以及永磁体用量的影响。以最大平均推力为目标确定了电机尺寸,比较了传统Halbach TPMLSM与减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM的气隙磁密和推力。结果表明,减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM比传统Halbach TPMLSM永磁体用量降低了15.27%,平均推力提高1.07%。最后,通过样机测试对仿真分析进行验证。     

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。     

切向结构永磁同步电机磁钢径向并联组合研究

针对低速大转矩切向结构永磁同步电机中磁钢尺寸对性能的影响进行研究.提出一种"工"字形排布的磁钢径向并联组合优化方案.在保证电机磁钢轴向长度和体积不变前提下,分析磁钢磁化方向长度变化对电机性能的影响.分析表明:磁钢的磁化方向长度在一定范围内增加可降低磁钢漏磁、增大反电动势和降低转矩波动;但磁钢的磁化方向长度过度增加会大大降低电机磁通面积,使得电机反电动势不增反降.在此基础上,提出一种降低磁钢漏磁、增大反电动势和降低转矩波动的三块磁钢径向并联组合的"工"字形排布方案:近气隙侧和近隔磁槽侧磁钢槽内分别插入磁化方向长度短、径向宽度窄的磁钢以降低近气隙侧和近隔磁套侧磁钢漏磁;近气隙侧磁钢和近隔磁槽侧磁钢之间采用磁化方向长度较短的磁钢以保证磁钢磁通面积降低得不多.通过仿真实验验证所提方案的可行性.     

大功率永磁电机中永磁体布置的研究

永磁体的布置对永磁电机的气隙磁场分布有很大的影响，进而影响着电机的整体性能。该文在分析了电机磁场的基础上对电机转子径向永磁体布置采用二维有限元的方法进行分析、对转子轴向永磁体布置采用三维有限元方法进行分析。分析结果表明，磁极径向永磁体布置对气隙磁密影响不大；而磁极轴向的永磁体布置若以轴向中心截面为起点，依据磁钢的剩磁密度值沿轴向从低到高排列或从高到低排列产生的气隙磁密要高于高低间隔排列产生的气隙磁密。     

一种交替极切向励磁游标永磁电机的分析与设计

提出一种新型带连接桥交替极切向励磁的游标永磁电机用以提升高极比(转子极对数与定子绕组极对数之比)切向励磁游标永磁电机的转矩密度。新型拓扑转子轭部表面均匀分布多个"h"形由连接桥和主齿组成的转子齿,切向励磁的永磁体插入转子齿中。连接桥为主磁场提供磁通路径,避免主磁通以"之"字形来回穿梭在气隙中,还可以减小气隙磁阻,削弱磁障效应,从而增大气隙磁通密度,提升电机的反电动势和转矩密度。此外,新型拓扑永磁体极性相同,磁钢用量减少一半,降低了电机成本。该文首先说明磁障效应产生的原因并介绍新型电机拓扑结构和工作原理;然后分析主要参数对转矩性能的影响;最后通过有限元仿真对比传统拓扑和新型拓扑电磁性能,结果表明,在相同体积与热负荷下,新型拓扑具有更高的转矩密度和更低的磁钢用量。     

基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机磁钢优化

对基于90°Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机的磁钢进行形状优化,以改善电机的气隙磁密波形。分析了电机的结构和空载电磁场,在此基础上采用改变永磁体边缘形状方法将90°Halbach型永磁体阵列优化为内圆型、外圆型和削角型3种,并利用有限元法分析不同永磁体形状对气隙磁密波形的正弦性和基波幅值的影响。分析表明优化后的90°Halbach型盘式无铁心永磁同步电机能够获得和45°Halbach型电机基本相同的气隙磁密,并且在永磁体充磁、加工和安装定位等方面要优于45°Halbach型电机。3种永磁体形状优化中内圆型永磁体的优化效果最佳。     

永磁直流电动机气隙磁密波形的确定

永磁直流电动机的气隙磁密波形直接影响每极磁通量，影响电机的工作特性、振动和噪音．文中分析了平顶波磁密对电机铁耗、空载阻转矩的影响，比较了平顶波和近似正弦波磁密电机对应的工作特性，三种特性曲线分别都有明确交点的事实决定了这两种磁密波形对电机性能的适应性：轻载长期运行电机宜选用正弦波磁密，而重载或频繁起动等短时或重复短时工作电机宜选用平顶波磁密，用于轻载、要求高效、空载电流、振动、噪音要求小的场合，应选用近似正弦波磁密．文中还就获得这两种不同波形的充磁方法提出改进意见，并推出两种新的磁钢结构型式：“不等原瓦形磁钢”可获正弦波形磁密，磁钢充分利用，磁密波形稳定；“等厚瓦形人字斜磁钢”可获平顶波磁密，电机空载电流、振动噪音等性能可得到明显改善．     

三种不同充磁方式圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的大小。利用有限元软件An-sys分析了三种不同充磁方式动子结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。在其它结构参数不变时,分析了极弧系数、永磁体厚度和气隙大小随气隙磁密大小变化规律。得出了在相同条件下,轴向充磁和Halbach充磁方式气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而径向充磁方式气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。     

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析

Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点,将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上,给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型,通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明;使用该模型分析每极两块(1P2p)、每极三块(1P3p)Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响,对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明,合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩,当永磁体厚度增加时,Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。     

Halbach型磁钢的永磁电机气隙磁场解析计算

随着稀土材料价格上涨、永磁电机成本增加,合理的设计Halbach磁体结构,可充分挖掘Halbach永磁电机磁钢的潜力.分析了每极三块的Halbach磁体磁化规律,建立了Halbach型永磁电机气隙磁通密度的解析模型,该解析法计算的气隙磁场与有限元方法计算结果吻合,验证了解析模型的正确性;研究了充磁角度对气隙磁通密度的影响,结合充磁角度传统计算公式,给出了极间有间隔的Halbach磁体充磁角度的计算公式;通过解析模型分析极弧系数和极对数对Halbach永磁电机气隙磁通密度切向分量的基波幅值和波形正弦性畸变率的影响,给出不同极弧系数、充磁方式和极对数时Halbach永磁电机气隙磁场的变化规律.     

一种表贴式永磁电机磁极结构优化研究

针对常规表贴式永磁电机气隙磁密波形正弦度差,导致电机反电势中谐波含量高、电机谐波损耗大,以及复杂结构形状永磁体在生产、加工、装配过程中容易造成废品率高等问题,提出一种由导磁金属块和永磁体共同构成的表贴式磁极结构。用有限元方法计算常规结构以及不同程度不均匀气隙结构的气隙磁密波形,进而由傅里叶分解得到各次谐波和正弦畸变率。仿真结果标明该结构可以有效改善气隙磁密波形和电机空载反电势的正弦度。最后采用遗传算法对实现偏心结构的导磁金属块尺寸进行优化,得到了使气隙磁密波形畸变率最小的尺寸参数。有限元计算结果显示,优化设计后,气隙磁密波形畸变率和电机空载反电势谐波含量明显减小。