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。     

无轴承开关磁阻电机动、静态电感耦合的数学拟合

采用增强型能量增量有限元法,对无轴承开关磁阻电机的动态电感(差分电感)、静态电感(割线电感)随位置角和绕组电流的变化进行了计算和实验验证.根据电感随位置角呈周期性变化的特点,电感可以拟合为位置角的傅里叶级数展开.根据电感对称特点和谐波不大于基波1%的误差,余弦级数取前8次,且其系数展开为电流的3次多项式.将有限元计算电感结果作样本,耦合静态和动态电感方程,利用最小二乘法求解出傅里叶级数的各系数与电流的关系,拟合出该类电机电感随位置角和电流的解析表达式.利用拟合出的电感表达式对不同电流、不同位置下的电感计算与有限元结果进行比较,在内插值的条件下,拟合结果具有高的精度,而外插值误差较大.     

永磁无刷直流电机电感参数测量及影响因素分析

该文对永磁无刷直流电机电感参数的计算和测定方法进行了推导,通过坐标变换,把三相电机ABC坐标系下的自感、互感的复杂计算和测定问题转换为d-q坐标系下简单的计算和测定问题。该方法通过测定一周转子不同位置下的电压、电流、功率数据,可直接计算出电机的直轴电感和交轴电感。采用该方法分析了转子位置、电流、频率、温度对电感参数的影响。     

双绕组永磁容错电机优化设计

采用解析法可以得到双绕组永磁容错电机各参量之间的基本表达式,对分析结构参数与电磁量的基本关系有重要意义。确定电感解析式后,利用解析法和有限元法分析槽口参数和最小气隙变化时的电感变化规律,并利用BP神经网络提高电感计算精度。根据设计要求的电感值,结合粒子群寻优算法和高精度电感表达式,可确定槽口参数与最小气隙。通过对电机磁场分析得到了电机反电动势、齿槽转矩脉动等求解的关键为计算电机径向磁密,并得到其主要影响因素为永磁体形状。利用有限元法,对电机永磁体形状进行了优化设计,有效减小了空载反电动势谐波和齿槽转矩脉动。     

采用虚功法的磁阻型球形电机转矩建模

针对有限元法计算磁阻型球形电机转矩耗费大量计算时间的问题,本文采用虚功法建立了磁阻型球形电机的转矩模型。首先利用电磁分析软件仿真出单个定子线圈的电感变化规律,并通过双线性插值获得电感模型。将得到的电感分别沿经纬度方向进行微分处理,得到二维转矩数值。再通过坐标变换,将二自由度转矩转换为三自由度转矩。最后搭建基于动态转矩传感器的转矩测量平台,测出实验转矩并将其与解析结果进行对比,验证了转矩模型的有效性。     

饱和时分数槽集中绕组永磁同步电机电感计算

分数槽集中绕组(FSCW)电机磁路的特殊性,使得其交直轴磁路的饱和现象更加突出。冻结磁导率法可以精确地计算电机在饱和工况时的交直轴电感参数。利用有限元软件,将该方法应用在10极12槽FSCW样机中,并与传统电感计算结果比较;针对高频信号注入法实现电机无位置控制,目前电机的高频数学模型中使用的还是基频电感,使用冻结磁导率法求解出了电机高频电压数学方程中的高频电感,取代基频电感以提高无位置控制精度。     

空心电机励磁绕组电感计算

空心电机是一种特殊的同步发电机,它利用磁通压缩的原理,减小电枢电感,从而使电机在脉冲工作的条件下,瞬时输出功率和短路电流达到最大.该电机绕组采用同心式无槽结构,粘贴在定转子上,计算电感时通过简化可将绕组等效为一个个矩形.采用解析的方法推导出平行矩形和相互垂直矩形之间的互感,再利用叠加的方法计算出绕组的电感.最后利用有限元软件Ansys进行仿真计算,比较计算结果.     

基于最小二乘法的永磁同步电机最大转矩电流比控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)采用最大转矩电流比(MTPA)控制策略,对电机参数较为敏感的问题,在线利用基于最小二乘法的电感辨识方法得到d,q轴电感,并拟合得到电感与d,q轴电流的三维曲面,以实现电机不同转速、不同负载多种工况下的变参数MTPA控制.控制过程中根据测量电流拟合出该时刻对应的电感值,将该电感值代入M...     

永磁同步电机电感参数的计算

本文分析了永磁同步电动机的电感特性,基于永磁同步电机的数学模型,由数学推导出永磁同步电机在d、q坐标系下电感参数的理论公式。为了考虑饱和效应对电感参数的影响,本文首先计算出不同电流和转子位置下的绕组自感,然后通过绕组自感计算出交直轴电感参数。采用有限元法对一台6极9槽电机的电感进行了计算,并进行了试验研究,电感的实测结果与仿真结果较为一致,验证了方法的准确性。     

四余度无刷直流电机电感的解析计算方法

电机的电感系数是研究电机运行性能的关键参数。对电机进行精确建模为仿真其特性,需要准确计算出电机的自感及互感系数。本文基于多回路理论以及单个线圈的气隙磁动势和磁导概念,利用空间谐波分析方法,推导出相绕组的气隙电感系数的通用求解公式。该方法充分考虑了转子凸极效应、磁动势和磁导谐波因素及相绕组端部漏感对气隙磁场的影响。利用所述方法,计算了一台四余度无刷直流电机的电感系数,并对该电机进行了实际测试,实验结果验证了该方法的有效性和准确性。     

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。     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

横向磁场永磁直线电动机电磁力的分析与计算

直线电动机不需机械转换装置即可实现直线运动,但输出力密度低也限制了其应用场合.针对此不足,文中采用横向磁场结构,提出了一种新型的永磁直线电动机结构形式.在对电动机运行机理进行分析的基础上,从理论上对电动机的定位力特性和"力-位移"特性进行了研究,并应用三维有限元法对其进行了数值计算和分析.计算结果与理论分析结果相符,验证了理论分析的正确性,为横向磁场永磁直线电动机的深入研究奠定了良好的基础.     

永磁电机外漏磁场有限元处理方法

以轴向磁场磁通切换型永磁电机为例,提出一种基于永磁磁通幅值的电机外围漏磁有限元处理方法,即电机有限元模型外围空气罩尺寸的确定方法。研究表明该方法可以在计算时间和精度之间实现最优化,同时可以推广到双凸极电机等定子永磁型电机的有限元分析。     

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机电磁力及转子机械强度的分析

以两相聚磁型无源转子横向磁通永磁电机为研究对象,分析了电机的结构特点与运行原理,并给出了主要尺寸参数。建立了3D仿真模型,在不同负载条件下对电机的转子铁心进行了电磁力分析计算。将仿真得到的电磁力作为载荷施加于转子铁心上,借助应力场研究分析了转子铁心的应力分布规律及形变量大小,计算结果表明该电机转子的机械强度和结构刚度是满足要求的。     

Computation of inductance and static thrust of a permanent-magnet-type transverse flux linear motor

This paper proposes an effective method to calculate inductance and static thrust of a permanent magnet (PM)-type transverse flux linear motor (TFLM). The proposed method is a simple and fast way considering three-dimensional (3-D) flux path of the TFLM, and it can be used not only in characteristic assessment, but also in the design process. Two-dimensional (2-D) finite element analysis (FEA) and 3-D equivalent magnetic circuit network (EMCN) analysis are conducted to analyze the magnetic field. The usefulness of the proposed method is verified by comparison with measurement results.     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

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。     

表贴式轴向磁通永磁电机齿顶漏磁的分析计算

分数槽绕组轴向磁通永磁(AFPM)电机的齿顶漏磁较大。在利用等效磁路计算程序调试电机设计方案时,需要准确计算漏磁系数,而准确计算漏磁系数的前提是准确计算齿顶漏磁系数。根据轴向磁通永磁电机磁通路径的分布特点,针对定子齿和磁极不同的相对位置,给出了不同位置角时的齿顶漏磁解析公式。为了验证解析公式的正确性,以一台电机的设计方案为例,采用解析法和有限元法分别计算漏磁系数,结果表明解析计算结果和有限元计算结果具有较好的一致性。最后给出了齿顶漏磁与电机极数之间的关系,为电机设计和优化提供了参考。     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

永磁转子多自由度电机可实现输出轴的多自由度运动,简化电机机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。该文提出了一种蝶形永磁转子偏转式三自由度电机,基于有限元法建立了该电机的三维有限元模型,对电机转子磁场的分布进行了计算和分析,并与解析模型的计算结果进行了对比验证。在此基础上,计算并分析了该电机的自转转矩和偏转转矩,并与鼓形永磁转子偏转式三自由度电机的磁场和转矩进行对比分析,结果表明蝶形永磁转子偏转式三自由度电机可增大气隙磁通密度和自转转矩的幅值,有效改善和提高偏转转矩的幅值,并增加偏转运动的范围。最后,对样机进行了测试,并将实验结果与有限元及解析模型的计算结果进行了对比验证。