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。     

一种无铁心盘式电机绕组涡流损耗计算新方法

为了精确计算水下航行体推进装置用无铁心永磁盘式电机的绕组涡流损耗,提出一种分段式三维磁场有限元法.该方法通过三维磁场有限元分析得出电机三维气隙磁密,然后采样气隙主磁通与绕组端部处磁密切向和轴向分量,再经过傅里叶分解得出各次谐波分布,从而计算出绕组涡流损耗.文章通过仿真分析与试验验证,结果表明该方法较分段式等效直线电机二维有限元法的计算结果更精确.     

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。     

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。     

无轭分块电枢轴向磁场永磁电机的尺寸方程与磁网络模型

针对无轭分块电枢(YASA)轴向磁场永磁电机高功率密度、高效率、高过载能力的特点,提出其尺寸方程的推导公式,并结合其特殊的磁路结构建立等效磁网络模型,以此对电机进行设计和分析。电机的定子模块可采用软磁复合材料(SMC)制成,该材料易于模压成型且在高频工况下涡流损耗小,能够进一步降低铁耗,提升运行效率,使其适用于电牵引驱动特别是电动汽车的轮毂和轮边驱动。首先,推导该电机的主要尺寸方程,通过该方程可以确定影响电机输出功率的因素;然后,结合电机主磁通流经的路径建立简化的磁网络模型,基于该模型可以直接得到电机的绕组磁链,并可计算出电机的空载永磁相电动势(EMF)波形及负载电磁转矩大小;最后,通过三维有限元仿真(FEM)及样机试验的结果验证了所建立磁网络模型的正确性。     

绕组周向分布圆筒型初级永磁直线电机结构及静态特性分析

提出一种绕组周向分布圆筒型初级永磁直线电机(tubular primary permanent magnet linear machine,TPPMLM)。与传统圆筒型初级永磁直线电机相比,该电机采用集中式绕组,每相绕组周向分布,初级铁心齿部及轭部由矽钢片一次叠压而成,初级制造工艺简单。同时,永磁体位于初级,次级仅由导磁铁心组成,可降低长距离驱动系统成本。该文阐述该电机的结构特点,给出工作原理,并分别利用磁路法及等效二维有限元法建立单元电机等效磁路模型及仿真模型,对静态特性分析,包括磁场、反电动势、定位力及电磁推力等。三维有限元模型及样机实验结果分别验证等效二维有限元模型的有效性及拓扑结构设计方法的正确性,同时,反电动势测试结果表明该拓扑不存在纵向端部效应导致的各相反电动势不对称问题。     

Bread-Loaf型磁钢的永磁电机气隙磁场计算与参数分析

在二维极坐标平面内对Bread-Loaf型磁钢的无槽永磁电机的气隙磁场进行了解析。采用磁极分段的方法,将Bread-Loaf型磁钢等效成一系列等圆心角的瓦片形磁极结构的组合。求解其中某一段磁极所产生的气隙磁通密度,然后根据叠加原理得到Bread-Loaf型磁钢永磁电机的气隙磁场的分布。二维有限元与实验验证了解析计算结果的准确性。利用该模型分析了Bread-Loaf型磁钢偏心距与极弧系数对电机气隙磁场的影响,为进一步定量分析该种电机的性能提供可靠的依据。     

“一”型磁钢永磁电机空载漏磁系数计算

永磁电机漏磁系数与永磁体宽度、电枢轴向长度、气隙大小和槽宽等参数密切相关,在电机的设计与分析中具有重要意义。而工程中,一般凭经验选取,带来较大误差。为得到较为准确的漏磁系数,首先采用磁路分析的方法得到了"一"形磁钢永磁电机的等效磁路,计算出各磁路部分的磁导,进而推导出漏磁系数计算公式;然后利用有限元分析软件建立了电机二维磁场仿真模型,得出较为准确的漏磁系数;接着通过比较两种方法得到的漏磁系数,校正磁路计算公式,得到较为准确的计算公式,最后对校正后的公式进行了验证。     

平板式永磁直线电动机二维空载气隙磁密解析分析及仿真

准确计算永磁磁极产生的气隙磁场分布情况对永磁电机初期设计计算及后期优化设计非常重要.在不考虑边端效应及忽略铁心饱和的前提下,推导了基于等效面电流模型的平板式永磁直线电动机空载气隙磁场的解析表达式,并得到了该种电机气隙磁场的分布情况.计算结果与二维有限元仿真进行对比,结果表明用该方法计算结果的波形及幅值与有限元的计算结果能够很好吻合,证明了该方法是正确的、可靠的,为采用平板式永磁直线电动机优化设计和性能分析提供了基本分析手段.     

混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析

提出了一种新结构混合励磁无刷爪极电机。电机的磁场由爪极极面上永磁片、爪极极间永磁片和无刷爪极转子上的电励磁绕组三部分共同建立。采用三维有限元方法对所提出的一台六对极新结构混合励磁无刷爪极电机样机的空载磁场进行了分析,给出了三维有限元分析模型,计算了不同励磁电流时的电机气隙以及铁心中的磁场分布,给出了不同电励磁电流时气隙和转子的磁场分布图。由此证明了通过电励磁电流的调节可方便地改变电机气隙磁密。     

聚磁式横向磁场永磁电机自定位转矩研究

本文主要研究了聚磁式横向磁场永磁电机自定位转矩及其与电机结构尺寸之间的关系问题,首先通过二维场模型定性分析了聚磁式横向磁场永磁电机自定位转矩的特点;并采用三维等效磁网络法进行了样机的三维场分析,分析了磁场分布情况,并计算了不同定子极宽时的自定位转矩;设计了样机,样机试验数据与设计基本吻合.     

利用分段式二维有限元法设计盘式永磁电机

提出了一种分段式二维有限元的方法来计算盘式电机的磁场分布和电机的反电势,以代替三维有限元方法,提高电机设计的效率.分别对扇形磁钢、圆形磁钢无定子铁心结构的盘式电机进行分析、计算,并对二维有限元法计算结果与三维有限元法进行对比分析,并设计研制了一台扇形磁钢的样机,以验证分段式二维法有限元法的正确性.     

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。     

考虑隔磁桥饱和的切向式永磁电机电枢磁场解析建模

为解决多层绕组结构的切向式永磁电机磁场准确计算的难题,文中基于二维子域解析建模思想提出一种考虑定子多层绕组结构和转子隔磁桥饱和效应的电枢磁密解析计算方法。该方法首先在定子槽内进行精细子域划分,以建立多层电枢绕组的矢量磁位方程,然后通过等效气隙对切向式转子铁芯隔磁桥处的饱和效应进行等效,最后结合误差校验和循环迭代,有效解决传统子域建模方法因无法考虑铁芯有限磁导率而难以对内置式永磁电机进行磁场计算的问题。文中以8极9槽和10极12槽永磁电机为例,结合不同绕组结构建立有限元解析模型,并将有限元法计算结果与解析法计算结果进行对比,验证了该方法的计算准确性和运算快速性。     

基于有限元分析的永磁无刷直流电机设计

当今国内外在对电机进行有限元分析时,主要观察电机的二维磁场分布,没有对电机的起动过程和稳态特性进行分析。基于有限元分析建立了永磁无刷直流电机的二维和三维有限元模型。在二维分析中,从考虑起动过程和不考虑起动过程两个方面仿真计算了电机的机械瞬态下电机特性和性能。在三维模型中,根据磁场在电机中的分布,分析了磁路和尺寸设计对电机性能的影响,从而提出了一种对电机设计的一套完整方案。最后将仿真结果与试验结果进行比较,验证了仿真的可行性和可靠性。     

组合定子聚磁式横向磁场永磁电机设计与磁场分析

本文在分析了横向磁场电机转矩提升原理的基础上，提出了一种新型的组合定子聚磁式横向磁场永磁电机，该结构形式特别适合于中小功率横向磁场永磁电机的制造；介绍了该电机的结构特点，并采用三维等效磁网络法进行了样机磁场分析和性能计算，样机的初步试验结果与计算结果基本吻合。     

航空用永磁同步电机泵三维磁场研究

航空用永磁同步电机泵是一种可用于多电飞机电液作动系统(EHA)中的新型机、电、液一体化高度集成的新型液压能源系统.该电机泵具有结构高度集成,高功率密度等特性.针对航空用永磁同步电机泵,应用MagNet有限元分析软件建立了其三维整机模型及三维对称模型.研究了该电机泵磁场分布,分析了三维整机模型及三维对称模型在磁场研究中的不同应用.同时,分析了电机泵的端部效应在三维仿真与二维仿真中的差别.     

新型永磁屏蔽电机性能研究

在分析传统的有转子铁心永磁屏蔽电机的基础上,研究了一款适用于管道屏蔽电泵的新型结构永磁屏蔽电机。该电机无转子铁心,永磁体极弧系数为1。采用二维瞬态有限元方法对两种结构电机进行了磁场分析,计算了定转子屏蔽套的涡流损耗以及各种损耗,获得电机性能参数。计算结果表明,与同功率的有转子铁心永磁屏蔽电机相比,无转子铁心永磁屏蔽电机不仅结构更简单、成本更低,而且效率更高。     

异步起动永磁同步电机铁耗分析及计算

异步起动永磁同步电机由于永磁体产生的气隙磁场分布非正弦,接近方波,而且空间谐波含量比感应电机高很多。传统感应电机齿部和轭部的铁耗修正系数难以保证异步起动永磁同步电机铁耗的准确计算。基于二维、三维场有限元模型,对异步起动永磁同步电机磁滞损耗、涡流损耗及结构件损耗进行分析,并针对8台4个型号异步起动永磁同步电机进行铁耗计算,分离风摩耗得出铁耗实验值。通过铁耗实验值计算值对比,对感应电机铁耗修正系数进行修正,使修正后的结果符合异步起动永磁同步电机铁耗计算的标准。     

永磁同步电动机设计中的有限元辅助计算软件

该计算软件是一种二维静磁场有限元分析,适用于各种转子永磁结构的永磁同步电动机进行有限元数值计算。考虑了电机饱和及非线性问题,对永磁块的处理采用已知面电流密度方法。采用了前处理(有限元网络自动生成、单元修改及屏幕显示)、计算主程序、后处理(结果输出及绘制场图),对设计的电机方案进行分析计算。所有计算结果可以根据用户需要输出或制表。计算实例结果表明与实测值相一致。