不同充磁方式的对转永磁电机气隙磁场性能研究

针对磁钢不同充磁方式对电机磁场性能影响不同,在对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach磁体磁化强度分布的基础上,提出一种计算内永磁体转子和外永磁体转子对转电机气隙磁密的解析算法,该算法计算结果与有限元分析结果接近且趋势相同,是一种在电机设计前期预报气隙磁场分布的有效方法;利用解析和有限元相结合的方法研究了充磁方式对两种转子结构对转永磁电机气隙磁场的影响,结果表明外永磁体转子对转电机选择径向充磁能获得趋近方波的气隙磁密和较高的磁密峰值,适合无刷直流电机;内永磁体转子对转电机选择平行充磁可提高气隙磁密的正弦分布和得到较高气隙峰值;Halbach磁体的电机气隙磁密正弦分布程度高,谐波含量小,与平行充磁均适用永磁同步电机。     

盘式同轴永磁减速器传动机理仿真分析

永磁减速器是利用永磁体之间的引力或斥力实现非接触式的力和运动传递的.通过有限元仿真,建立了盘式同轴永磁减速器低速侧气隙磁密轴向分量的分布曲线.通过对气隙磁密谐波静态结构、主动磁极转动时气隙磁密谐波的变化规律,以及磁密谐波与从动磁极磁力耦合过程的分析,从直观角度阐明了永磁减速器的传动机理.对气隙磁密的周期性变化过程进行了分析,探讨了从动转子输出静力矩中谐波分量的产生原因.     

新型内置式无轴承永磁同步电机设计与电磁分析

传统内置式无轴承永磁同步电机气隙磁密为矩形波分布,谐波分量较大,其系统难以精准调控.首先根据麦克斯韦张量法分析其径向悬浮力控制机理,运用傅里叶变换,对比了传统内置式永磁转子和新型内置式永磁转子等3种转子结构的气隙磁密和谐波分量;其次采用参数化有限元法,比较了3种转子结构悬浮绕组电流和悬浮力关系.最后,将电机模型和外部电路进行联合仿真,分析了新型内置式转子结构瞬态电磁场运行工况,在设定电机模型为转速为15 000r/min、输出功率为4kW的情况下,计算定子绕组空载感应电势波形,验证了径向悬浮力控制原理.     

基于场路耦合时步有限元法的高速无轴承永磁同步电机电磁分析

无轴承永磁同步电机气隙磁场谐波关系复杂,难以实现高速悬浮运行.在分析其悬浮控制机理基础上,研究了静态气隙磁场分布,采用傅里叶变换,比较了不同永磁体磁化方式下的气隙磁密和高次谐波,得出永磁体采用分块结构消除高次谐波的实际效果;基于参数化有限元法,计算了悬浮力随悬浮绕组电流变化关系;对于瞬态磁场,采用场路耦合时步有限元法对转速为12 000 r/min,输出功率为4.3 kW的无轴承永磁同步电机进行瞬态分析,计算了定子绕组空载反电动势波形,并验证了无轴承永磁同步电机悬浮控制机理.结合实验数据,验证了理论分析的正确性和有效性.     

两级式无刷混合励磁同步电机的电磁设计及分析

为利用永磁电机的高功率密度、高效率以及电励磁电机电压易于调节的特性,提出一种混合励磁同步电机.主电机采用混合励磁同步电机,为主电机提供励磁的励磁机采用旋转电枢式交流电机.介绍电机的结构和工作原理,并采用有限元法对电机的磁场分布特征及调磁能力等进行计算和分析.根据理论分析试制样机,测试主电机的调压特性、励磁机的励磁特性以及两级式运行时的空载特性.有限元计算结果以及针对样机的实验数据表明:主电机和励磁机能够可靠地匹配运行;可以在永磁磁场的基础上,通过电励磁有效地调节气隙磁场,满足调压的需求.采用有限元法,研究主电机转子外形以及励磁机的定子齿宽对气隙磁场的影响规律.结果表明:对于主电机,设计适当的转子外缘形状能够有效地降低气隙磁密的总的谐波畸变率(THD),同时应兼顾气隙磁密基波的变化;对于励磁机,选择合理的定子齿宽系数有助于励磁能力的提高.     

转子失磁永磁同步电机驱动系统建模

转子失磁故障会降低永磁同步电机(PMSM)驱动系统的控制性能与运行可靠性,精确的转子失磁PMSM驱动系统数学模型是进行转子状态监控及失磁故障诊断研究的前提.建立转子失磁PMSM物理模型并进行有限元分析,获得永磁体空载气隙磁密,经傅里叶变换获得其傅里叶频谱并据此建立转子失磁PMSM及其驱动系统的数学模型,仿真结果证实了所建模型的正确性.     

动圈式磁悬浮永磁平面电机磁场解析分析与参数设计

针对动圈式磁悬浮永磁平面电机定子磁场谐波含量较大的问题,提出了一种根据实际气隙磁密与期望气隙磁密的平均相对均方差对磁钢参数进行优化设计的方法。通过磁钢阵列的磁密谐波模型分析了定子磁场的3维磁密分布,获取不同水平高度上的平均基波幅值,从而构建了磁钢阵列的期望基波模型;基于谐波模型和期望基波模型,计算了磁钢阵列的实际气隙磁密与期望气隙磁密的平均相对均方差;在此基础上,根据"平均基波幅值应尽可能大、平均相对均方差应尽可能小"的原则设计了磁钢参数。有限元仿真和试验样机实测结果表明,该设计方法对于降低动圈式磁悬浮永磁平面电机定子磁场的高次谐波含量,特别是降低2次谐波具有明显效果。     

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度，采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗，并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明，3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大，合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.     

电动车用永磁同步电机转子结构对弱磁调速性能分析

针对电动汽车驱动电机既要满足低速区大转矩输出,同时又要满足高速恒功率区宽弱磁调速范围的特殊要求,提出采用具有铁桥分段的V型永磁同步电动机作为驱动电机。通过分析对比不同转子磁路结构对电机主要运行特性参数的影响表明:同时采用非均匀气隙、V型铁桥分段永磁体、改变相邻磁极间距,不仅有利于改善空载气隙磁密波形,而且也满足增加电机恒功率区弱磁扩速范围和低速区大转矩输出的要求。并采用这种结构设计了20 kW电动汽车驱动用内置式永磁同步电机,结合有限元对电机主要性能进行了电磁计算。     

飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗

为了减小高速永磁电机中由定子电流的时间谐波、定子磁动势的空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的转子涡流损耗,提高电机的效率,采用ANSOFT有限元软件分析了高速永磁电机中气隙磁场和定子电流.研究了槽开口大小以及气隙长度对转子涡流损耗的影响,分析了利用涡流磁场的屏蔽作用,提出在永磁体外增加一薄层非导磁金属屏蔽环来减小转子铁心、永磁体和护套损耗的机理和有效性,以及屏蔽环的电导率和厚度对转子涡流损耗的影响.结果表明：在合理选取槽开口大小、气隙长度和非导磁金属屏蔽环电导率和厚度的情况下,添加非导磁金属屏蔽环可以有效地减小转子涡流损耗.     

开关磁通永磁同步电动机设计与静态特性

为了获得较宽的恒功率弱磁调速区域,设计出一台12/10极开关磁通永磁电动机.根据电动机的结构特点、运行原理并结合双凸极永磁同步电动机的设计方法确定电动机主要尺寸的初始值,在Ansoft软件中建立电动机的物理模型,基于有限元法研究电动机在特殊位置下的磁场分布、气隙磁密、静态特性、弱磁特性及结构尺寸变化对转矩的影响.分析结果表明,该电动机弱磁效果明显,定位力矩幅值偏大,改变永磁体磁化方向的长度和转子齿宽可以有效地降低定位力矩,研究结论对电动机的优化设计、分析及控制提供了依据.     

永磁转子偏转式三自由度电机建模与结构分析

针对以往研究中单层结构永磁转子三自由度电机转矩特性的不足,提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度运动电机,采用球坐标系下分离变量法和洛伦兹力法分别对电机气隙磁场和转矩进行解析建模,确定气隙磁场空间谐波含量和结构参数对基波磁通密度和转矩幅值的影响,同时进行三维有限元仿真分析.通过研究两种计算方法下气隙磁场、自转和偏转转矩的特点及规律,并进行对比分析.结果表明:"蝶形"永磁转子结构的气隙磁通密度分布和转矩特性优于单层结构,气隙磁通密度径向分量空间分布近似平顶波,转子中间层磁极的气隙磁通密度幅值最大,解析法与有限元法的计算误差均小于6.7%.     

基于敏感度分层优化的Halbach永磁电机电磁振动分析

为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于电磁场和机械场耦合的电磁振动分析方案,对电机径向电磁力进行时间空间阶次傅里叶分解,在机械场中,分析电机定子在不同频率下的振动加速度幅值大小,并计算出定子各阶模态。在此基础上,基于响应面法和多目标遗传算法构建电机参数敏感度分层优化方案,并求得样本点帕累托前沿从而确定电机最优参数,将优化后的电机与普通V型内置式电机进行比较。最后,在机械场中仿真得到转子所受等效应力和总变形,验证得所提电机结构符合机械设计要求。分析结果表明:所提出结构电机在不损失电磁转矩的基础上,径向电磁力幅值大幅度降低,抑制了齿槽转矩,改善了气隙磁密和反电势的正弦度,在提高电机电磁性能的同时抑制了电磁振动的发生。     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

不等极弧结构永磁同步电机噪声和转矩特性

对转子采用表贴式不等极弧结构的车用永磁同步电动机的转矩和噪声特性进行综合分析.通过试验测得其在有风扇和无风扇负载运行时的噪声频谱,诊断噪声源的主要频率成分.根据离散傅里叶分解理论,推导出单极极弧系数不等和相等2种结构下转子磁动势的谐波分布,得到单极极弧系数不等结构电机主要电磁力波的幅值和频率.结果表明,单极极弧系数不等结构虽然有效地降低了齿槽转矩幅值,但同时引入了更多的转子磁动势谐波分量;当转子结构对称时,转子永磁体磁场只存在奇数次谐波,而当转子结构不对称时,不但会产生偶数次谐波分量,还可能会出现分数次谐波分量,使径向电磁力波幅值增大,从而导致电机振动噪声特性变差.通过有限元计算证实了理论推导的正确性,并总结了原方案电机电磁噪声较大的原因.     

非均匀气隙对切向永磁同步发电机性能影响

针对永磁同步发电机(PMSG)谐波含量和振动较大的问题,提出采用非均匀气隙削弱齿谐波和齿槽转矩的方法.分析了非均匀气隙永磁同步发电机的运行机理,讨论了不同偏心程度非均匀气隙情况下,永磁同步发电机的空载反电动势、输出功率、电机效率、波形畸变率等参数的变化规律.通过场路耦合法,以一台切向式永磁同步发电机为例进行了仿真,结果表明非均匀气隙能改善气隙磁场波形,电机波形畸变率THD由4.86%降到2.48%,齿槽转矩降低40%.     

永磁同步电动机振动分析及转子设计

永磁同步电动机转子内开有大量用于安装永磁体的磁槽和用于装配起动笼条的转子槽。而使转子结构趋于复杂．冲片强度受到了严重削弱，转子刚度也有所减小，另外。大功率稀土永磁同步电动机在起动和运行过程中，由于机械和电磁等原因而产生的振动非常严重．为此。对大功率异步起动稀土永磁同步电动机的振动和转子的结构强度进行了分析，并设计出了合理的转子结构．     

两种内置式转子结构电抗参数的研究

永磁同步电动机电抗参数是电机性能分析和优化设计的重要依据，需对不同转子结构的电抗参数进行分析.在三维电磁场数值计算的基础上，利用Ansoft软件对两种内置式永磁同步电动机的交、直轴电枢反应电抗参数进行计算，在此基础上总结出两种转子结构永磁同步电动机电抗参数随气隙长度和永磁体磁化方向长度的变化规律.试验测试结果与计算结果相吻合.结论表明:该方法能指导转子结构的选择.根据所得的规律，确定转子结构的设计策略.