表面式永磁伺服电动机气隙磁场优化研究

在构造了一个能够反映气隙磁场畸变率的新变量作为目标函数的基础上,对表面式永磁伺服电动机气隙磁场运用模式搜索法、遗传算法、田口法进行优化,通过仿真得出了各种优化方法的优缺点。提出了两种新型的气隙磁场优化方法,即田口-PS混合优化和GA-PS混合优化,并对各种优化方法进行了对比研究,指出了新型优化方法的优点。     

永磁电机工作气隙中主磁场的特点

现代永磁电机基本上为表面磁体的高磁结构。本文扼要说明永磁电机主磁场分布特性的研究现状，同时根据表面磁体的特点，给出永磁电机的气隙系数Ｋδ，电枢计算长度Ｌδ和极弧计算系数α’ｐ的工程计算公式。这些公式具有较高的计算精度，经多年的产品开发研制实践验证了这些公式的正确性。     

表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场解析

针对表贴式永磁电机转子偏心问题,建立了一种基于边界摄动法的静态偏心解析模型,采用矢量磁位推导偏心空载气隙磁场磁通密度解析表达式,解析模型中的偏心扰动量无量纲。磁通密度和不平衡磁拉力的解析结果与有限元分析结果相比较,证实了偏心模型的正确性和有效性。     

正弦波永磁同步电机空载气隙磁场分析

用解析方法研究采用平行磁化，两侧边平行，内外圆弧不同心永磁体表面安装型的转子同就电机空载气隙磁场分布，并开发求取最佳永磁体内外圆弧偏心距的程序，以设计具有正弦波空载气隙永磁场的电机，。解析法结果和有限元法结果吻合较好。     

表面式磁钢永磁无刷电动机气隙磁场及磁阻转矩分析

利用偏微分方程的解析算法，分析表面式磁钢永磁无刷电动机的气隙磁场。构造考虑齿槽效应的气隙相对磁导函数，计算出气隙磁通密度、进而用麦克斯韦应力张量法计算出电机的磁阳转矩。经过与有限元分析相比较，证明解析法是正确的可靠的。解析法计算精度高，易于在计算机上实现。为永磁电动机的设计和优化提供了有力的工具。     

基于等效磁网络模型的永磁电机气隙磁场的分析

针对面向气隙磁极结构的永磁电机,根据磁通管原理形成了永磁电机的等效磁网络,把细分的思想应用于永磁体模拟,建立了永磁体较为精确的网络模型。对影响方波无刷直流电动机气隙磁场及定位转矩的几个参数进行了深和探讨及磁场计算,得出了一些有价值的结论,为永磁电机的设计及动态性能仿真提供了一种有效的分析方法。     

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。     

稀土永磁电机正弦气隙磁场的建立

本文采用有限元法对稀土磁钢的形状进行设计,以使电机的气隙磁场为正弦分布。由于利用自动方式进行了有限元的前后处理和建立了合理的磁钢模型,因此计算过程简便、可靠,计算结果精度高     

稀土永磁电机磁场有限元分析系统

以参数化网络自动生成技术为核心,采用永磁体直接离散化处理,开发了稀土永磁电机磁场有限元分析系统,该系统能方便地对任意尺寸、槽数、极对数的多种永磁形状与结构的电机进行二维磁场有限元数值分析,并计算出电机的主要技术参数,它的开发对稀土永磁电机的设计与分析起到了积极的促进作用。     

正弦极宽调制式永磁电机的磁场分析与实验

为提高传统表面式永磁电机气隙磁场的正弦程度,降低永磁电机的谐波影响,提高表面式永磁电机的效率与力能指标,提出一种正弦磁极调制式的永磁电机转子结构.转子铁心表面磁极是由若干小磁块阵列构成的,阵列中磁块的宽度、高度及磁块之间的间隔符合一种调制关系,合理设置转子永磁替的结构和位置使其产生的气隙磁场波形更加接近正弦波.通过电磁...     

动磁式永磁直线无刷直流电机气隙磁场的解析分析

为了解动磁式永磁直线无刷直流电机内气隙磁场的分布,用解析法对电机的气隙磁场进行了数学建模.通过求解拉普拉斯方程,计算了电机内气隙磁场的二维标量磁势,进而得到了电机内气隙磁感应强度的解析式.用建立的解析模型和有限元法分别对定子表面的气隙磁感应强度进行计算,发现两者的计算结果能够很好的吻合,验证了解析模型的正确性.用解析法讨论了占空比、磁极厚度和气隙长度变化对气隙磁感应强度产生的影响,结果表明气隙磁感应强度随永磁体厚度的增加而增大,但会逐渐进入饱和;而气隙磁感应强度也会随着气隙长度的变大而减小.通过对气隙磁场的分析,为相应电机的设计提供了依据.     

一种表面-内置式永磁转子同步电机三维全域温度场分析

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)具有结构紧凑和功率密度高的特点,准确计算SIPMSM各部件的温度分布非常重要。采用电磁场-温度场耦合分析的方法对SIPMSM的三维全域温度场进行计算。建立SIPMSM的电磁场和温度场有限元模型,分析在同步运行速度下负载和永磁体退磁对SIPMSM三维全域温度场的影响,也分析了在额定负载下运行速度对SIPMSM三维全域温度场的影响。通过仿真与实验结果的对比分析,验证了样机模型的合理性和计算结果的正确性。     

不等宽永磁体削弱表面永磁电机齿槽转矩方法

与现有的改变永磁磁极极弧系数和不同极弧系数组合的齿槽转矩削弱方法不同,研究了一种新的改变极弧系数的方法削弱表面永磁电机的齿槽转矩。在该方法中,除一块磁极外,其它磁极的宽度都相同,利用解析法推导了在保证永磁体用量不变的情况下,改变极弧系数时齿槽转矩的表达式,给出了极弧系数的确定方法,并利用两台电机进行了有限元法分析。仿真结果表明:所给出的极弧系数确定方法可有效地削弱每极整数槽的表面式三相永磁同步电动机的齿槽转矩。     

一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计

在简述永磁球形多自由度电机的优越性能的基础上,针对一种新型永磁球形多自由度电机提出了4种永磁转子设计方案,对每一种永磁体结构进行了静磁场磁通密度模值和磁场分布计算,建立了球坐标下永磁体磁场解析求解模型,进行对比分析.同时基于三维有限元软件,对各种永磁转子结构的球形多自由度电机转矩特性进行了计算和仿真.设计制备了5个圆柱体组合结构的钕铁硼永磁转子来代替球形结构,制作了模型样机.理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,并对转子永磁体的受力进行了测试,与仿真计算结果一致.     

风速突变工况下永磁风力发电机静态偏心磁场分析

为了研究风速突然变化对永磁风力发电机主轴的电磁力作用,特别是在已发生一定的主轴偏心的情况下风速突变对主轴的影响,利用数学表达式和仿真对气隙磁场进行了计算和分析。根据发电机气隙偏心故障时气隙磁场变化的特点,计算气隙磁导和磁场密度,并利用ANSOFT MAXWELL软件建立永磁风力发电机的二维模型,分析电流变化引起的电磁力及其对主轴的作用。仿真结果表明:风速突变引起的电流变化影响永磁风力发电机气隙磁密。转子偏心使发电机转子产生沿偏心方向的磁拉力,风速突变时转子收到的不平衡磁拉力比正常风速运行更大。     

双边空心式永磁直线伺服电机的空载磁场分析

针对双边空心式永磁直线伺服电机推力波动受到气隙磁场影响的问题,研究该电机空载气隙磁场的分析求解方法。采用等效磁化强度法对双边空心式永磁直线伺服电机的气隙磁场进行求解,推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式。将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证解析法的计算结果的准确性。根据气隙磁密的解析公式,分析了3个主要尺寸——永磁体宽度τm、永磁体高度hm和气隙高度δ对空载气隙磁场的影响。分析表明,永磁体高度hm和气隙高度δ主要影响电机气隙磁场大小,对磁场谐波含量影响较小,而永磁体宽度τm对磁场的大小和谐波含量的影响都很显著。通过对永磁体宽度τm的优化设计,可以有效改善电机气隙磁场分布的正弦性,从而减小电机的推力波动。     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。     

采用新型磁性槽楔的永磁同步电机分析

针对磁性槽楔能够改善电机气隙磁导波形,减小气隙磁密谐波,削弱电机齿槽效应,从而减小电机损耗和转矩波动,提高电机效率的优异特性,提出一种新型的叠片式磁性槽楔。该结构能够进一步优化开口槽电机的气隙磁密波形,降低齿槽转矩,减小电机损耗,同时又不会影响电机定子槽漏抗。本文用解析法分析磁性槽楔磁导率对于气隙磁密谐波以及定子槽漏抗的影响,通过一台130kW的永磁同步电机模型,运用有限元仿真分析比较叠片式磁性槽楔与普通磁性槽楔的电气性能。     

削弱永磁电机齿槽转矩的一种新方法

针对永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用产生齿槽转矩,引起电机的振动和噪声,并影响系统的控制精度等问题,提出了通过改变磁极形状来削弱齿槽转矩的新方法。采用有限元分析方法,对不同形状永磁磁极的永磁电机齿槽转矩和磁通进行了分析和比较,并对槽数与极数配合对齿槽转矩的影响进行了研究。研究表明,采用偏心磁极结构可有效地削弱齿槽转矩,而对每极磁通影响较小,本文提出的方法是有效的。     

阶梯气隙结构对U型单相永磁电机自起动性能的影响

针时单相永磁同步电机不能自行起动的问题,采用阶梯气隙结构,使电机静止时在定位转矩的作用下定转子磁场之间存在相位差角,从而实现自起动.利用二维有限元计算的方法,分析阶梯气隙结构对电机电枢磁场和永磁体磁场的影响.针对永磁磁场,利用虚位移法对电机转子在不同位置时的定位转矩进行计算,求得永磁电机的转子初始相位角.得到一系列有关定位转矩、初始相位角与阶梯气隙结构参数之间的关系曲线.利用时步有限元法对U型单相永磁同步电机的起动过程进行动态模拟仿真,通过转速曲线证明了合理的阶梯气隙结构有利于永磁电机实现自起动.