轴向分段式双爪极永磁电机设计与分析

永磁同步电机在高频率工况时,定、转子铁心损耗和永磁体涡流损耗都会增加,使电机温度升高,从而导致绝缘老化、永磁体退磁等。为了解决高频损耗增加的问题,设计了一台定、转子铁心材料均为软磁复合材料的轴向分段式爪极定子、单段式爪极转子的双爪极电机。类似于双凸极结构会出现转矩脉动过大的问题,采用转子磁极偏移和定子斜极相结合的方式降低转矩脉动。最后,对电机的电磁设计和温度分布进行分析,验证设计的合理性。对于爪极参数的选取,研究主要尺寸比、极弧系数、转子磁极偏移距离和定子斜极角度对双爪极电机的气隙磁密、空载反电动势、转矩及转矩脉动的影响。     

磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究

为了满足机械强度要求,高速永磁电机通常采用径向磁通结构。随着非晶合金等新型超薄软磁材料的发展,高速高频轴向磁通永磁电机逐步引起关注。为此,针对一种适合于高速运行的磁极分段式轴向磁通永磁电机转子结构进行研究。建立了该转子结构强度解析计算模型,分别利用解析法和有限元法计算了不同极弧因数、转子轮缘宽度以及转子磁极分段数对转子机械强度的影响规律。同时研究了磁极分段式结构对轴向磁通永磁电机气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩和转矩密度等电磁性能的影响。结果证明采用磁极分段式结构能有效提高转子强度,相关研究工作为高速轴向磁通永磁电机的设计提供参考。     

转子分段斜极在永磁同步电动机中的应用分析

转子分段斜极是一种能有效削弱齿谐波、改善电机齿槽转矩和转矩脉动的方法.引入斜极系数、永磁转矩削弱系数以及磁阻转矩削弱系数分析了分段斜极对永磁同步电动机反电势波形和电磁转矩的影响,揭示了分段斜极和定子斜槽的区别,并提出了分段斜极转子轴向分段数的选择原则和最佳斜极角的计算方法.有限元仿真和实验结果验证了结论的正确性.     

新型轴向分段式外永磁转子爪极电机研究

在对轴向分段式外永磁转子爪极电机的结构特点以及运行机理进行分析的基础上,建立了其等效磁路模型和电路模型,并编写了该种电机的电磁设计仿真程序,对该种电机的运行情况进行深入研究;为了准确得到电机的各种参数,对该种电机进行了三维电磁场分析,运用有限元工具软件分析了它的磁通密度分布及空载反电动势的情况;并提出一种场路耦合仿真方法实现了对该种电机及其控制系统的整体运行情况的仿真;最后在理论研究的基础上提出了该特种电机的设计特点和设计方法,并研制了一台12极实验样机;通过样机实验结果与理论分析的对比,验证了理论工作的正确性和可行性,为深入研究该种爪极电机奠定了基础。     

采用三维有限元设计高速爪极式永磁电机

设计并制造了一台以采用软磁复合材料的爪极式永磁电机,结构复杂,通过三维有限元分析,对该电机的磁通、磁链、电感、转矩和铁耗等参数的计算提出了解决方法,通过与样机实验结果相比较,证明了所用方法的正确性,得到的结论对软磁复合材料的应用及爪极式电机的设计与分析都具有一定参考价值。     

汽车爪极发电机的转矩脉动分析及其对电磁噪声的影响

爪极电机中由转矩脉动所带来的影响越来越受到重视,电磁噪声源、转矩脉动与电机噪声关联性极高,分析爪极电机中的转矩脉动是提高爪极电机整机性能的关键。本文针对爪极电机的特性,找出转矩脉动产生的根源,推导出转矩脉动的计算公式,分析降低爪极电机的转矩脉动方法。基于两种爪极电机模型,用实验的方法测得噪声级,表明14极爪极电机的噪声级比12极爪极电机的噪声级高。     

轴向分段式外永磁转子爪极电机设计

为了解决具有特殊结构新型轴向分段式外永磁转子爪极电机的设计问题,在对该种电机的结构、材料、特点以及运行机理简单介绍的基础上,首先提出了该种电机的设计原则,导出了电机主要参数间的关系,分析了电机极数选择的依据;然后详细的列出了该种电机的定子和转子结构设计公式,并给出了电机的简单设计流程;最后通过样机的制造对电机的设计原则和设计特点进行了校验和进一步完善;本文为该种新型电机的设计提供了相对完整的设计参考,同时也为该种电机的深入研究奠定了技术基础。     

一种削弱聚磁式永磁爪极电机齿槽转矩的新方法

针对聚磁式永磁爪极电机的齿槽转矩的问题,提出了采用爪极偏移削弱齿槽转矩的新方法。在电机二维简化模型的基础上,采用二维有限元软件分析齿槽转矩。通过参数化方法确定了磁极极弧系数和爪极偏移量的较佳组合,而且验证了该方法的有效性。     

表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。     

外永磁转子爪极电机转矩研究

为了研究具有特殊结构的新型外永磁转子爪极电机的转矩密度和齿槽转矩,在对电机的结构、材料、特点以及运行机理进行分析的基础上,对转矩密度和齿槽转矩的计算公式进行推导,从理论上分析出外永磁转子爪极电机转矩密度和齿槽转矩比常规交流电机高的本质.利用有限元分析软件,对电机进行三维电磁场分析,运用场的方法计算出齿槽转矩和电磁转矩,...     

四相双4拍永磁爪极步进电机稳态运行仿真

永磁爪极步进电机是一种将脉冲信号转换成相应角位移的控制电机,它具有特殊的爪极结构,爪极将定子绕组产生的轴向磁场转化为沿气隙圆周径向异极排列的磁场。本文以四相双4拍运动方式为例,采用四阶龙格－库塔法对永磁爪极步进电机稳态运行情况进行数字仿真分析,得到不同频率下电机相电流仿真波形。     

基于不同电机极对数对开关磁阻电机性能的影响研究

针对电机本体结构的改变可能会引起的电机性能的变化,采取实验研究法对两种额定参数相同的四相8/6极和四相16/12极相同功率不同结构的开关磁阻电机(SRM)进行实验研究。对两种不同极数结构SRM的绕组自感、互感、转矩大小及脉动影响和绕组电流等方面进行了电磁仿真分析。结果表明:8/6极开关磁阻电机与16/12极相比,前者具有各相绕组自感值大、互感值大、转矩大等优点,后者具有转矩脉动小的优点。此项研究对SRM电机本体设计和SRM的选型具有重要的指导意义。     

基于磁极参数的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究

齿槽转矩是永磁电机的重要问题之一,削弱齿槽转矩可以减少转矩脉动、降低电磁噪声、提高电机运行稳定性。基于磁极参数对表贴式永磁同步电机(SPMSM)的齿槽转矩进行了研究,基于能量法和傅里叶分解推导了不同永磁体模型下的齿槽转矩公式。研究发现,磁极参数的改变影响永磁体剩磁在气隙中分布和气隙相对磁导率的大小,进而改变齿槽转矩的大小。然后结合有限元方法对不同永磁体模型下的电机齿槽转矩进行了仿真分析,发现削极结构和组合磁极对齿槽转矩削弱明显,并通过有限元方法优化了这2种结构的磁极参数,最后分析对电机其他性能的影响。研究表明,合理地选择永磁体参数可以在确保电机性能的同时显著降低齿槽转矩。     

New Hybrid‐Excited Motor Using Armature Windings as Field Flux Source

In this paper, a new hybrid‐excited motor is proposed. Its unique feature is that it has no field exciting coil, despite being a type of bypass yoke core (BYC) hybrid‐excited synchronous motor. Based on finite element analysis (FEA), the following facts are clarified. Since the stator coil magnetomotive force (MMF) and claw poles rotate at the same speed and in the same direction, they are motionless relative to each other. Since the claw poles are located at one of its ends near the BYC surface with a gap, it receives immovable magnetization by the stator coil MMF through the BYC; then the claw poles can supply a magnetic field flux via the BYC. This flux via the BYC increases the total torque, because its torque is added the two other torque components: the permanent magnet torque and claw poles reluctance torque. In addition, the magnetic polarity and the amount of the flux of the claw poles can be varied by controlling the armature current phase angle.     

六极永磁式潜油电机技术问题及CAD软件开发

结合永磁同步电机设计原理,对六极永磁式潜油电机重要技术问题进行了分析.根据潜油电机特殊的分段结构,分别对端部漏抗的计算和斜极方法进行了研究,提出永磁式潜油电机转子倒装的分段斜极式方法并开发了CAD软件.通过建立六极永磁式潜油电机有限元模型,对齿槽定位力矩进行分析,验证该方法对降低电机齿槽定位力矩起到了一定的作用.     

基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究

齿槽转矩的削弱是永磁电机的难点和研究重点之一。为削弱实心转子同步电动机的齿槽转矩，文中提出了一种基于能量法和傅立叶分解的的解析分析方法，给出了能明确表达齿槽转矩与设计参数关系的齿槽转矩解析表达式，据此研究了极弧系数对齿槽转矩的影响。在此基础上，提出了极弧系数的最佳确定方法。根据该文给出的方法，可以方便地得到不同极数和槽数配合时的最佳极弧系数，进而削弱齿槽转矩。最后利用有限元法对其进行了验证，证明文中提出的方法是正确有效的。     

Optimization Design and Direct Torque Control of a Flux Concentrating Axial Flux Permanent Magnet Motor for Direct Driving System

Optimization design and direct torque control (DTC) of a flux concentrating axial flux permanent magnet motor (AFPMM) are presented in this paper, which leads the AFPMM to exhibit high torque capability at low-speed and wide speed operation range for direct driving system. Firstly design parameters and manufacturing materials which affect the output performances of the motor are discussed, and then based on finite element analysis (FEA) and response surface methodology (RSM), slot and pole number combinations, and structure dimensions are optimized. Furthermore, a novel DTC based on stator flux linkage tracking is introduced, which combines maximum torque per ampere (MTPA) control and field weakening (FW) control. Independent H-bridge inverter is used to enhance the voltage limit and enlarge the speed operation range. A prototype AFPMM is fabricated on the basis of the optimum model, and experimental measurements are conducted to verify the usefulness of the proposed optimization design and control methods.     

一种非对称混合式永磁同步电机设计与分析

针对传统内置式永磁同步电机磁阻转矩与永磁转矩不是在相同电流相位角下达到最大,不能最有效的利用磁阻转矩与永磁转矩的问题,提出了一种新型非对称转子结构永磁同步电机设计方案,电机输出转矩和减小转矩脉动。首先,一种不对称转子结构,通过使转子不对称,使磁阻转矩和永磁转矩在相近电流相位角下达到最大,从而提高输出转矩。其次,为衡量转矩利用率,引入转矩利用率因子,利用冻结磁导率法将电磁转矩分解为磁阻转矩和永磁转矩两部分,运用有限元确定表面磁极最佳偏移角θ;最后,对提出的新型非对称转子结构永磁同步电机进行电磁性能分析,在不增加材料与制造成本的情况下,电机最大输出转矩增加7.52%,转矩脉动减小39.15%。