稀土永磁电机磁路设计与计算

稀土永磁的性能与一般永磁材料的性能有很大差异。为了充分发挥其优异性能,我们不能简单套用传统的永磁电机结构和计算方法,必须运用新的设计概念,重新设计磁路结构,采用适当的分析计算方法。本文在研制稀土永磁高速同步发电机的基础上,对这类电机磁路设计中的一些问题进行了初步总结和分析讨论。本文所有计算公式全部采用国际单位制。     

高速永磁电机设计与分析技术综述

高速永磁电机在航空航天、能源及精密制造等领域具有广阔的应用前景。该文首先介绍了现有文献中的高速永磁电机定转子结构及其所使用的材料;然后从定子铁耗、铜耗、转子涡流损耗与风摩损耗等方面,分别总结归纳了电机中各项损耗及其计算方法;对比分析了各种高速永磁电机温升计算方法;概述了高速电机转子支承方式的发展情况。总结了转子强度与动力学分析相关的问题,最后展望高速永磁电机相关技术的主要发展方向。     

高速永磁发电机的设计与电磁性能分析

由于结构简单、高效率和高功率密度,永磁转子成为高速电机的首选结构,然而转子的高速旋转和定子的高频供电,对高速永磁电机的电磁与机械设计提出了新的要求。该文在分析高速永磁电机设计特点的基础上,对一台60 000 r/min、75 kW的高速永磁同步发电机进行了电磁与结构设计,基于场路耦合有限元法分析了高速永磁同步发电机的空载和负载特性,计算了负载运行时电机的电磁与机械损耗,并进行了电机的温升场分析。计算的结果表明,高速永磁发电机的设计合理,电机性能能够满足设计要求。     

关于微型低速永磁发电机设计制造的探讨

微型低速永磁发电机广泛用于微小型风力、水力、畜力及人力脚踏发电机组，它的设计和制造难点在于永磁转子结构特殊，目前，广泛采用的转子结构型式是爪极式永磁转子，为保证该转子使用可靠，性能优良。除选用适用，廉价的磁性材料并对转子进行整体环氧浇注外，还必须在结构设计方面进行必要的改进，在电磁设计方面，爪极式永磁电机的计算往往存在较大的误差，本文对原有的计算程序提出了定量修正方案，由于该种电机使用场合的需要，文中还对如何降低永磁发电机的阻力矩。提高发电机的效率和过载能力。以及如何增强发电机的气候防护性等方面提出了具体办法。文中提出的设计方案和制造工艺已经试制生产验证，电磁计算方法与样机测试结果也是基本一致的。     

高速永磁电机定转子结构设计的分析

随着航空航天等精密制造行业飞速发展,高速永磁电机相关技术也得到了进一步的发展。因此,本文在总结前人研究成果的基础上,从电机定子设计及其所使用的材料、电机转子设计及其所使用的材料两个方面入手对高速永磁电机设计技术进行了详细分析。最后总结并展望了高速永磁电机相关技术的主要发展方向。     

高速永磁电机转子设计与强度分析

文中介绍了高速永磁电机的设计特点，重点论述了永磁材料和转子结构型式的选取、主要尺寸的确定与转子强度的分析和计算方法。目前永磁电机多采用烧结钕铁硼永磁材料，其抗压强度较大而抗拉强度很小，永磁体难以承受转子高速旋转巨大离心力产生的拉应力，必须在永磁体外设置高强度非导磁防护套，采用过盈配合给永磁体施加一定的预压力。文中介绍了采用解析法和数值分析有限元法进行高速永磁电机转子强度分析的实用技术，并给出了对一台额定转速为60000r／min的高速电机永磁转子强度的分析计算结果。     

国内外动态

稀土永磁直流电动机和混合动力电动汽车电机通过鉴定　　由包头市永磁电机研究所承担并负责完成的“轻便电动车稀土永磁直流电动机、混合动力电动汽车电动机和发电机的研究”通过了由包头市科委主持的鉴定。轻便电动车稀土永磁直流电动机 ,采用盘式外转子结构 ,不带减速器 ,轴固定于车架 ,外转子与车轮联接 ,使用钕铁硼永磁材料 ,以 2 0 0ｒ/ｍｉｎ低速运行 ,符合电动自行车限速 2 0ｋｍ/ｈ的要求 ,具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高、寿命长、价格低、控制简单、维护方便等特点 ,是新一代轻便电动车用电机 ,已于 1998取得了专利权。混…     

径向和切向结构永磁同步发电机的比较研究

针对径向结构和切向结构永磁同步电机结构上的不同,分析了转子加工和装配方面的差异。利用磁路和有限元的计算方法,探讨了两种电机在发电状态下的性能差别,研究了产生这些区别的原因。指出:径向结构永磁同步发电机的电压调整率、谐波失真率小于切向结构永磁电机,外特性较切向结构电机硬;其运行的稳定性要大于切向结构电机;漏磁较小,转子装配工艺简单。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

高速永磁电机转子结构与强度分析

分析了高速永磁电机的转子结构、材料和性能之间关系,并对转子的强度计算进行详细介绍,并提出了高速永磁电机转子支撑技术、转子结构、表贴式转子强度以及内置式转子强度的分析方法。     

稀土钴永磁电机的特点及其发展概况

稀土钴永磁的磁性能十分优异,应用于电机中可以明显改善电机性能,因而发展十分迅速。但是,采用稀土钴永磁作为励磁源后,电机结构发生了变化,在电磁设计计算、结构设计、测试和制造工艺等方面都出现了新的课题。研究和解决这些问题,无疑会推动电机学科向前发展。本文简要讨论了有关的永磁材料特性及各种类型稀土钴永磁电机的特点,并扼要分析了这种电机所带来的新问题。     

永磁电机在风力发电系统中的应用及其发展趋向

永磁电机具有功率密度大、效率高和运行可靠等优点,在风力发电系统中得到广泛的应用。然而由于稀土永磁材料的成本较高,永磁风力发电机也面临着如何提高性能价格比的挑战。本文在对比分析高速、中速和低速直接驱动风力发电系统的特点与性能的基础上,阐述了永磁风力发电机的关键设计技术;分析了电机结构、极数和槽数配合对于电机性能的影响,防止永磁体失磁的方法以及发电机与变流器参数的合理匹配问题。此外,还论述了永磁风力发电机设计与控制技术的发展趋向。     

双转子径向永磁电机定子支撑结构刚度分析

双转子径向永磁电机能够有效利用电机内部空间,提高电机的转矩密度。但目前国内外对双转子永磁电机的研究仅停留在研究试制阶段,对双转子电机结构方面的研究甚少,其中涉及大功率双转子永磁电机结构的研究还不是很深入。针对双转子电机的结构特点,提出了一种适用于大型永磁风力发电机的定子双支撑式双转子永磁电机结构,并对该结构的定子支撑结构进行了理论分析,推导出了定子支撑结构的刚度解析公式,以一台1.65 MW,150 r/min的双支撑式双转子永磁风力为例,利用有限元方法验证了解析公式的正确性。     

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。     

高速永磁同步风力发电机的设计研究

开发具有高功率密度的高速永磁同步发电机是风力发电机设计领域的一个重要方向。以一种用于储能风力发电系统的360 k W、7 000 r/min永磁同步风力发电机为例,对高速永磁同步电机的设计进行了分析。在此基础上对设计的电机进行了有限元仿真分析,仿真结果表明该电机电压波形畸变率低,齿槽转矩较小,能满足设计要求。电机高速旋转时,永磁体将受到巨大的离心力。为保护永磁体不受损害,采用了螺钉对永磁体固定并进行碳纤维套绑扎的新转子保护措施。经有限元分析,该措施能对永磁体形成有效保护。在上述研究的基础上,进行了样机的制造和试验,试验结果表明,电磁方案和转子保护措施能够满足设计要求。     

磁钢充磁方式对永磁电机转子涡流损耗研究

为研究不同的充磁方式对永磁电机转子涡流损耗的影响,以一台6极18槽高速永磁无刷直流电动机为例,分析了径向充磁和平行充磁两种永磁体结构,建立了高速永磁电机的有限元分析模型和转子涡流损耗计算模型,采用时步有限元法分析电机在不同充磁方式下的电磁场特征,进而对两种结构电机在三种不同工作条件下的转子涡流损耗进行对比分析,最后进一步对不同极槽配合下转子涡流损耗进行分析。结果表明:空载条件下,采用径向充磁方式,高速电机转子涡流损耗较小;随着负载增加,采用平行充磁的方式,电机的转子涡流损耗更小。该研究对降低永磁电机的转子涡流损耗及性能优化具有一定的参考价值。     

低压永磁同步电动机不同转子磁路结构分析

对低压永磁同步电动机不同转子磁路结构进行分析。与传统的电励磁同步电机相比,永磁同步电动机特别是稀土永磁同步电机优点甚多:首先,永磁同步电动机损耗少、效率高、节电效果明显;其次,永磁同步电动机结构简单、运行可靠。但转子磁路结构不同,则电动机的运行性能、控制系统、制造工艺和适用场所也不同。以一台55k W-4电机为例,结合Ansoft有限元分析,了解不同转子磁路结构的区别。     

混合励磁永磁发电机及其设计

采用稀土永磁材料的发电机在可靠性及效率上优于普通发电机体积重量也相匹敌。本文就解决永磁发电机的电压调节问题进行了一定的研究，提出采用混俣励磁这一方案，即在电机由稀土永磁材料建立气隙磁场的主要部分，而因电压变化所需的调节部分由电励磁建立，是一种较为有效的解决方法，本文介绍了一种磁路独立式的混合励磁发电机方案，并 电机的性能特点作了分析，介绍了此电机的设计特点及该电机的行之有效的计算机辅助设计软件。     

基于ANSYS的高速表贴式永磁电机转子强度分析

对于表贴式转子结构的高速永磁同步电机,其转子在高速运行时会承受相当大的拉应力,为保证高速电机安全稳定运行,通常会在永磁体外加一层护套,并采用过盈配合对表贴式永磁体施加预压力,该护套采用不导磁合金材料,在有效保护永磁体的同时不影响电机的磁路。首先在理论层面对表贴式高速永磁电机转子进行强度分析,然后通过ANSYS Workbench对一台24kW、20000r/min的表贴式高速永磁电机转子进行有限元仿真,对比了不同静态过盈量、合金护套厚度、材料温度特性等因素对转子强度的影响,同时校核了该模型护套及永磁体的强度,并对高速永磁电机转子机械设计规律进行了总结。     

小体积环形磁钢径向多极充磁

0引言工业自动化中大量采用永磁同步电动机和永磁步进电动机。这两类电机的转子一般由径向多极充磁的环形永磁体制作。永磁材料要求各向同性,以选用各向同性的永磁铁氧体居多,也有选用钕铁硼或钐钴稀土等新型永磁材料制造的。永磁同步电动机的同步转速与磁转子的磁极对数有关