轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。     

基于定子永磁拓扑的混合式步进电机二维等效模型构建方法

齿层比磁导法和三维有限元法是目前分析混合式步进电机的主要方法。然而,齿层比磁导法难以考虑铁心叠片间绝缘层磁阻对永磁磁场轴向非均匀分布的影响、计算精度较差,三维有限元法计算过程复杂、耗时较长,为此提出一种基于定子永磁拓扑的二维等效模型构建方法及其二维有限元分析。该方法通过电机结构等效变换和轴向分段将混合式步进电机转子永磁三维模型等效变换为定子永磁二维模型,并采用对三维模型、二维模型分别进行一次空载有限元静态仿真的方法确定二维等效模型参数,能够考虑永磁磁场轴向非均匀分布的特性,具有模型建立简便、计算精度高、耗时少的优点。通过三维有限元仿真验证了该方法的可行性和准确性。     

切向磁钢混合励磁同步电机空载磁路计算及三维场分析

提出一种新结构切向磁钢混合励磁同步电机,分析其结构特点和运行原理。结合该新型电机径/轴向磁路特点,建立了空载等效磁路模型。通过求解非线性磁路方程,计算得到不同励磁磁势下径向与轴向磁路的磁通分布、主气隙磁密、空载感应电势。利用三维有限元法,研究了轴向磁路对径向磁路的影响,从而明晰主气隙磁场随励磁磁势的变化关系,与磁路法计算结果和理论分析是一致的,表明电机气隙磁密高、气隙磁场可调。所建立空载磁路模型及三维有限元分析方法为该新型电机的优化设计、性能分析以及负载特性进一步研究奠定了基础。     

一种基于保角映射的考虑端部效应的准三维轴向磁通电机磁场解析模型

轴向磁通永磁电机气隙磁场三维分布不均,且在电机内、外径处端部效应明显,应建立三维磁场模型来进行电机性能分析,而三维有限元计算十分耗时,因此需建立(准)三维气隙磁场解析模型.现有的考虑端部效应的AFPMMs气隙磁场解析模型,大多基于三维FEM辅助建模或等效磁路的方法,存在耗时过多或建模精确度不高的问题.针对以上不足,建立了基于保角映射的考虑端部效应的准三维AFPMMs磁场解析模型.将AFPMMs径向-轴向平面横截面等效为具有铁磁边界的多边形面域,永磁体等效为线电流,借助保角映射法,求取电机径向-轴向平面上的磁场分布,以得到端部修正系数,从而考虑端部效应对气隙磁场分布的影响.使用该解析模型,计算了一台AFPMM的气隙磁密与空载反电动势,与三维FEM、样机实验结果进行对比,以验证该模型的准确性.相比等效磁路法,在电机内、外径处,该解析模型气隙磁密计算精确度提高了10.61％;相比三维FEM,该解析模型计算用时仅为其耗时的0.078％.     

无铁心轴向磁通永磁电机的磁场解析计算

轴向磁通永磁电机磁场呈三维结构且磁路复杂，采用有限元法求解电机的气隙磁场将会耗费大量的建模及仿真时间，针对该问题，采用解析法对电机的空载磁场进行计算，通过将电机沿径向分成多个截面，使三维的轴向磁通电机等效为多个二维直线电机的组合体，在直角坐标系中求解拉普拉斯方程，得到矢量磁位，代入边界条件对磁场进行求解。计算电枢反应磁场时，采用多层电流片法进行求解，与有限元仿真结果对比，验证了解析法的可行性，提高了无铁心轴向磁通永磁电机磁场计算和电机参数设计的速度。     

基于等效磁路法的永磁同步电机特性分析

针对有限元法在电机设计初期计算量大且耗时长的特点,为8极9槽永磁同步电机提出了一种相对简单且准确的等效磁路法计算模型。模型中把一个永磁体根据磁路分为几部分,给出了考虑永磁体通过定子齿端部产生漏磁时的永磁体模型。该等效磁路网络同时考虑了磁路饱和、齿槽效应和电枢反应等现象。永磁体漏磁不进入电枢绕组,对绕组磁链和电枢反电势并不起作用,因此在模型中把该漏磁单独考虑。通过迭代的方法,来求解铁心磁导。采用节点磁位法来求解该模型网络,得到电机的磁场分布。在此基础上对电机绕组磁链、电枢反电势和齿槽转矩等特性进行分析计算。同时建立了2D有限元模型,对电机磁场和特性进行分析。最后将等效磁路法模型和有限元模型得到的结果进行对比,验证了等效磁路模型的正确性。     

一种三维磁路永磁电机的集中参数磁路模型

为了研究一种定子采用类爪极磁极铁心形状及环形集中绕组的三维磁路结构的磁通切换型永磁电机,在对空载静磁场及电枢反应磁场进行三维有限元磁场计算的基础上,根据电机在不同定、转子相对位置时的磁场分布情况,对三维磁路结构进行集中参数磁路模型建模,并推导出节点磁动势矩阵,通过对矩阵进行解析计算以及对计算结果的分析,推导出电机各主要电磁参数的解析表达式并进行计算和分析,通过与三维磁场计算结果相对比,验证了该磁路模型计算方法的正确性。由于可采用集中参数磁路模型计算可以节省大量计算时间,可以更方便地进行三维磁路结构电机的各种参数优化,对其他三维磁路和分析工作也具有参考意义。     

外永磁转子横向磁通爪极电机研究

为了解决外永磁转子爪极电机漏磁较为严重的问题,提出了一种新型结构的外永磁转子横向磁通爪极电机。在对该种电机的结构、特点、材料以及运行机理分析的基础上,首先采用常规的等效磁路分析方法,建立了该种电机的等效磁路模型,并推导出各部分的磁阻和电抗的计算公式;然后利用有限元分析软件,建立了该种电机三维电磁场分析的仿真模型,并对电机内部磁场分布加以分析研究,且计算得到了电机的空载漏磁系数;最后给出了该种电机的气隙磁密及空载电动势波形。结果表明该新型结构电机具有良好的特性,也为该种电机的深入研究奠定了技术基础。     

基于模型变换的混合式步进电机静态特性仿真分析方法

混合式步进电动机磁场分布主要有3个特点:内部径向磁场和轴向磁场并存,磁路呈三维分布;磁路局部饱和现象严重,导致电机特性呈现非线性特性;气隙以及邻近部位磁场变化剧烈。采用有限元算法进行计算时,需要建立电机的三维模型,剖分网格要足够精细,尤其是电机气隙以及齿层部位的剖分网格须特别精细,导致电机模型的剖分文件过大,容易发生计算机内存溢出,也延长了计算时间。因此,常规的三维有限元计算方法对混合式步进电动机不甚适用。另一方面,气隙比磁导法和齿槽比磁导法等基于磁路计算的工程方法运算速度快,但精度偏低,尤其是在磁路发生严重饱和的情况下。因此,有必要在保证计算精度的前提下,采用必要的简化措施对混合式步进电动机进行分析。该文以一台两相混合式步进电机为例,提出通过模型等效变换的方法来获得二维等效模型,通过二维有限元软件对其静态特性进行计算,并将计算结果进行后处理(即模型反变换),实现原电机的性能仿真。仿真结果与实测结果基本一致,证明了基于模型变换的仿真分析方法的可行性与准确性。     

新型交流调磁型永磁同步电机基本机理及运行特性EI北大核心CSCD

以提升永磁同步电机广速域运行性能为目标,提出一种新型交流调磁型永磁同步电机(AC flux-regulation permannent magnet synchronous motor,ACFR-PMSM),相较于传统永磁同步电机,所提电机拥有独立的轴向定子及轴向交流绕组,且转子上设计有凸出的轴向导磁极。该电机的数学模型、等效磁路模型和三维有限元模型分别被建立,并通过对比计算证明了所搭建模型的准确性。另外,通过对该电机等效磁路模型的分析,归纳了电磁性能与径向定子裂比、电机轴径比、永磁体参数的关系,进而完成了该电机关键尺寸参数的优选设计。采用三维有限元分析进行了所设计电机与传统永磁电机的电磁性能对标,结果表明,ACFR-PMSM拥有更优秀的磁场调节能力、更低的永磁体退磁风险及更宽的恒功率运行范围。最后,制造了一台ACFR-PMSM样机并搭建了测试平台,经验证,所制造样机的实测结果与有限元仿真结果的吻合度良好。样机的性能测试结果展现了ACFRPMSM在诸如电动汽车驱动、航空起动/发电系统、新能源发电等需要进行高效磁场调节及高性能宽速域运行领域的广阔应用前景。     

新型轴向磁场磁通切换型永磁电机外围漏磁有限元处理方法

针对轴向磁场磁通切换型永磁电机,提出了一种电机外围漏磁有限元处理方法能量法,即电机有限元模型外围模拟空气环境的虚拟空气罩尺寸的确定方法。不同虚拟空气罩尺寸下,工作气隙永磁磁通幅值计算结果的变化趋势说明了该方法的可行性。研究表明,使用该方法可以在计算时间和精度之间实现最优化,该方法同样可以推广到双凸极电机等定子永磁型电机的有限元分析。     

永磁外转子爪极发电机的漏磁计算

针对具有特殊结构的永磁外转子爪极发电机复杂的漏磁计算问题,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,首先采用常规的磁路分析方法,建立了电机的等效磁路模型,推导出各部分的漏磁阻及漏磁通计算公式并进行了相应的分析;然后利用有限元分析方法建立了电机的三维电磁场分析仿真模型,并对电机的各部分漏磁进一步加以分析计算;最后对磁路和有限元两种方法的计算结果加以对比研究,用相对准确的有限元计算结果来修正磁路计算法中磁阻公式的系数;达到了运用简单磁路公式快速准确分析该种复杂结构电机漏磁的目的。     

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。     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.     

磁极分割型混合励磁电机等效磁路法分析

针对转子磁极分割型混合励磁电机结构的特点,分析导出该结构通用的等效磁路模型,并计算出其主要性能,最后用三维有限元方法对一台径向式结构的样机进行分析计算。磁路分析与有限元计算结果基本吻合,验证了等效磁路分析方法的有效性。     

磁极分割型混合励磁电机等效磁路法分析

针对转子磁极分割型混合励磁电机结构的特点，分析导出该结构通用的等效磁路模型，并计算出其主要性能，最后用三维有限元方法对一台径向式结构的样机进行分析计算。磁路分析与有限元计算结果基本吻合，验证了等效磁路分析方法的有效性。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机电感计算

在介绍一种新型轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Mag-net,AFFSPM)电机的基础上,计算了一台三相12/10极AFFSPM电机的三相绕组电感,并根据电机的结构特点,对其自感和互感的大小关系给予解释。最后分别采用Park变换法和两步法计算了该电机的交、直轴电感,得到的结果一致,所得结论对AFFSPM电机的深入研究具有一定的参考价值。