一种内置式永磁同步电机设计与性能评估

根据电动汽车在额定工况下的牵引力要求,针对中型商用电动汽车设计了60kW内置式永磁同步电机。首先,根据永磁同步电机理论计算关键尺寸。其次,利用有限元方法FEM)仿真模型分析了永磁体尺寸、偏斜对电机电磁转矩的影响,并计算了电机在不同工作条件下的温度分布、损耗以及工作效率。最后,制造了试验样机并搭建实验平台,在不同工作模式下验证样机性能并与FEM仿真结果进行对比,验证了有限元设计的可行性和准确性,为电动汽车用电机的设计提供理论参考。     

车用内置式永磁驱动电机反电势谐波削弱方法

内置式永磁驱动电机具有功率密度高、噪音小、调速范围广等优点,在新能源电动汽车领域中具有广泛的应用前景。针对内置式永磁驱动电机空载反电势谐波含量大而引起的齿槽转矩大和谐波损耗高等问题,本文提出了3种通过改变转子拓扑结构实现空载反电势谐波含量削弱的方法,并利用有限元电磁场计算软件,建立内置式永磁驱动电机的有限元模型,计算并分析不同转子拓扑结构对电机空载反电势谐波等性能的影响,进而对电机的拓扑结构进行优化。最后,制造了实验样机,试验测试了样机的空载性能,并与仿真结果对比,验证了有限元仿真的准确性和谐波削弱方法的可行性。     

皮带机直驱永磁电机设计和温度场计算

针对皮带机用直驱永磁电机存在的温升过高的问题,对皮带机直驱永磁电机的电磁设计、计算模型、损耗计算、温度场计算等方面进行了研究。利用ANSYS软件对永磁电机绕组铜耗、铁心损耗和涡流损耗进行计算,设计了电机水冷系统,通过Fluent对永磁电机三维模型进行稳态温升计算,获得了电机关键部分的温度场分布,最后进行样机的温升实验。研究结果表明,采用场路耦合方法能够准确计算电机损耗,采用三维稳态温度场仿真所得数据与样机实验数据吻合良好,求解方法正确,可为直驱电机的设计提供一定的参考。     

定子水冷永磁同步电机多工况热特性的研究

为了更加准确、高效、低成本地预测电动巴士用永磁同步驱动电机的温升特性,以一台80 k W永磁同步电机为例,基于热网络法和有限元法,仿真计算电机在额定工况、峰值转矩工况以及峰值转速工况下的温度场分布,并将仿真计算结果与样机的实验测试结果进行对比分析,确定出在不同工况下准确而快捷的计算方法,便于指导电机的设计与生产。     

永磁同步电机多故障损耗分析与磁热耦合研究

为了研究车用永磁同步电机在多故障状态下,电机的定子与磁钢温度场的变化,利用Maxwell建立了电机有限元模型,以不同故障条件下各部分损耗作为温度场热源载荷,与ANSYS Workbench进行联合仿真。利用磁热耦合的方法计算模型,得出损耗变化曲线与定子、磁钢的温度分布图,总结了永磁同步电机多故障类型之间损耗与温升的关系,分析了多故障下永磁同步电机各部件温升的变化。对比电机在多故障条件下各部分温升,总结了多故障条件下电机的温升规律,对电机故障的预防与诊断有一定的参考价值。     

起重机用永磁电机等效热阻法瞬态温度场计算

对起重机用细长型外转子永磁同步电机瞬态温度场计算分析,由于细长型特殊结构,铜损耗约占总损耗的90%;同时定子绕组处于电机中心,散热能力差,温升计算成为永磁电机设计的关键环节。以采用S3工作制40%通电持续率对起重机用永磁电机进行温升考核,建立了起重机用永磁电机的瞬态等效热网络模型。重点分析了影响瞬态热网络准确计算温升的影响因素,提出了铜损耗热源时变加载方式。基于ANSYS有限元仿真和样机温升试验对比分析,验证了所建立的起重机用永磁电机瞬态等效热网络模型的正确性。     

车用变频调速水冷永磁同步电机三维温度场分析

为研究其三维温升分布规律,以一台48槽的纯电动车用水冷永磁同步电机作为研究对象,首先分析了电机的热损耗,计算了绕组的等效导热系数;然后采用流体场与温度场耦合法仿真计算额定工况下电机的三维温度场与峰值工况下电机的温升,符合设计要求;最后通过试验验证了仿真分析的正确性。     

潜油泵直驱单元组合式永磁电机热负荷分析

由于潜油泵驱动电机工作中产生热和冷却过程相对复杂,井下潜油电机系统工况特殊,无法直接测量温度。单元电机设计时热负荷的选取对电机的温升至关重要。本文对单元电机运行过程中的铁心损耗、绕组损耗和机械损耗进行了计算,应用有限元法求解电机的三维稳态温度场,同时对样机常温温升实验和常温状态下的有限元分析做对比,结果表明两种方法计算所得电机各部分温升相一致,证明计算方法及结果的可行性。验证了单元电机设计所选取的热负荷可以满足电机的实际温升需要。     

水冷永磁伺服电机温升关键问题的研究

文章用流热耦合法对水冷永磁伺服电机温升关键问题进行了研究。为得到合理的冷却水流速,文章理论分析了冷却水流速对电机温升的影响,得到紊流状态下电机温升和冷却水流速间的关系曲线。随着冷却水流速的增加,电机温升变化率在减小,最后趋于饱和。建立电机模型,用有限元流体场仿真软件Fluent对其进行仿真计算,并对样机额定工况不同水速进行试验验证。仿真计算、理论推导和试验能够保持一致。综合考虑散热效果和外部驱动泵损耗,给出所研究电机合理的冷却水流速,对水冷电机冷却系统设计具有指导意义。     

基于耦合场的永磁电机损耗及温升分析

高密度永磁同步电机因其损耗及转子散热条件恶劣,会造成内部永磁体由于高温而产生高温退磁风险。本文利用电磁场与热场进行双向耦合仿真,分析永磁同步电机温升。在电磁仿真中进行永磁电机损耗计算,考虑定子电流谐波对电机损耗所产生的影响,以及考虑温度对电机材料属性的影响。将损耗输入温升计算模型,并不断进行电磁仿真的材料温度特性更新及损耗更新,从而得到更为准确的电机温升分布。并研究了利用流体流场因素对电机关键部位温升所产生的影响。通过样机进行温升实验,验证了仿真模型的准确性,为永磁同步电机的温升计算提供了依据。     

大功率高速永磁电机的电磁设计与损耗分析

大功率高速永磁电机的损耗与温升等影响电机功率密度的提高。以500 kW、12 000 r/min高速永磁电机为例,分析了电机极对数、定子绕组形式、转子结构、永磁体等对电机性能特别是损耗的影响。采用电机的有限元仿真模型,对电机的转子结构强度、输出性能、损耗进行了分析计算。试制了样机并对相关性能进行试验验证,分析计算与试验结果均表明,电机达到了较高的技术指标要求,为高速永磁电机的优化设计提供了参考。     

绕组分布对永磁伺服电机电磁场与温度场影响的研究

永磁伺服电机采用不同的绕组分布形式对电机的电磁场和温度场均会产生一定的影响,文章以一台8极10 k W的永磁伺服电机为例,建立不同绕组分布的永磁伺服电机模型,对比分析电机不同绕组分布对电磁场和温度场的影响。首先,采用时步有限元计算方法对永磁伺服电机谐波磁场变化进行分析,基于傅里叶谐波分解理论给出电机内各次谐波的变化情况。然后,结合电机转矩脉动系数的分析对不同绕组分布下的永磁电机转矩脉动进行研究,给出电机转矩波动随绕组分布形式的变化规律;其次对电机各损耗的变化规律进行分析,并揭示电机内谐波磁场对电机损耗的影响机理。在损耗研究的基础之上,进一步对不同绕组分布下的永磁伺服电机绕组温度与永磁体温度进行分析,给出不同绕组分布下的温度变化规律。最后,结合有限元计算结果及相关实验验证计算分析的准确性,并进一步揭示双层绕组分布在永磁伺服电机提高电机综合性能方面的作用。     

新能源汽车扁铜线绕组电机槽内绝缘等效导热系数分析与计算

新能源汽车永磁驱动电机(PMDM)功率密度的不断提升对电机散热性能提出了更高的要求,定子绕组绝缘系统的传热特性是控制电机热点温度的主要瓶颈。针对定子齿槽、扁铜线绕组和绝缘材料的尺寸偏差及渍漆填充率对车用扁铜线绕组永磁驱动电机定子槽内绝缘系统传热性能的影响,提出了定子槽内绝缘系统等效导热系数的计算方法,并据此开展了尺寸偏差和工艺参数的参数敏感性分析。采用电磁场、温度场与流体场的耦合分析方法,利用槽内绝缘等效导热系数,研究了绕组损耗分布差异时具有不同导热能力绝缘材料的扁铜线绕组电机不同工况下的温度分布。完成两台110 kW样机的制造及测试。仿真与实验结果的对比分析验证了提出的定子槽内绝缘系统等效导热系数计算方法的准确性。     

内置式多层磁钢永磁同步电机振动噪声抑制措施

针对内置式多层磁钢的永磁同步电机提出通过优化电机转子结构抑制电机振动噪声的方法.首先通过基于直接耦合场的有限元仿真方法计算一台额定功率为20 kW的永磁同步电机的声压级.将仿真值与电机噪声实验测得的结果进行对比,其差值小于6.3％,由此验证了该方法仿真计算电机振动噪声的准确性.其次针对内置式多层磁钢永磁同步电机转子结构...     

内置式永磁同步电机电磁退磁性能研究

本文针对内置式永磁同步电机中永磁体在高温环境下工作易发生不可逆退磁的问题,以一台峰值功率70kW内置式永磁同步电机为例,首先从永磁体退磁机理入手,分析永磁体发生不可逆退磁的电磁机理,继而建立电机的2D有限元仿真模型,计算并分析了不同d、q轴退磁电流、工作温度对永磁体退磁性能的影响,进而提出提高内置式永磁同步电机抗退磁能力的方法。最后,试制样机,进行退磁实验,对比实验前后反电势波形,验证了电机的抗退磁能力及有限元仿真的可行性。     

基于磁热双向耦合的永磁电机损耗和温升分析

为了研究永磁电机材料（铜、钕铁硼）的温度特性对高速永磁电机的损耗和热性能的影响,在考虑电机部件装配间隙的基础上,提出一种磁-热双向耦合方法,根据电机电磁场实际损耗分布加载到其温度场中,绕组、永磁体等部件损耗随温度变化情况实时更新至电磁场,通过3-D瞬态有限元方法实现电机电磁场-温度场的多重迭代收敛计算。以一台15kW高速永磁电机为例,通过两种（磁-热双向、磁-热单向）不同的计算方法对该类电机在不同供电条件（正弦波供电及变频器供电条件）下的损耗及温升计算结果与样机试验结果进行对比和分析。结果表明,通过磁-热双向耦合方法所获得的结果与实验结果更为一致,验证了所提出的磁-热双向耦合法的准确性及优势,为提高该类电机损耗和温升计算精度提供指导。     

多相整流永磁同步发电机绕组内部相间短路的故障分析

该文将多回路法与有限元法相结合,建立了多相整流永磁同步发电机系统绕组内部相间短路的通用数学模型,可计算永磁电机正常及绕组内部故障工况的电气量分布,不仅适用于每相单分支的多相电机,还适用于每相多分支的情况。在一台特制的六相双分支永磁同步发电机样机上进行了故障实验,实验结果和仿真结果相吻合,验证了数学模型的正确性。在准确计算绕组电流的基础上,进一步计算了故障前后样机内部的温度场分布,结果表明故障导致样机内部温度不再均匀分布。根据仿真和实验结果,分析了该样机相间短路的故障特点,并说明了短路点附近明显升温对永磁电机的严重影响以及不同组三相绕组间相间短路引起整流桥中某些二极管过电流的潜在危害。该文研究为多相永磁同步发电机内部相间短路故障检测提供了依据。     

短时高过载永磁同步电机电磁热研究

短时高过载永磁同步电机广泛应用于航空航天等应用领域,具有高过载倍数、高动态响应和高可靠性等特点。为提高电机的极限转矩输出能力,研究分析了电负荷和磁负荷对电机过载能力的影响以及恒转速条件下绕组匝数对极限功率输出的影响;分析了过载倍数对电机损耗分布规律的影响,并分析了在常温和高温环境下,电机运行工况为长时工作制、短时周期工作制和短时高过载工作制时温升变化情况以及机壳热容量对电机温升分布的影响;最后搭建了不同环境下电机实验平台,通过实验验证了电机在不同环境温度和不同工况下温升变化情况和极限转矩条件下电流的过载倍数情况,实验和仿真分析基本一致,从而验证了理论的正确性,为短时高过载电机的设计提供了一定的理论参考依据。     

电动车用永磁同步电动机温度场仿真与实验分析

对电动车用5.5 k W永磁同步电动机样机进行研究,采用有限元法作为温度场分析的主要方法,分析计算电机损耗、导热和散热系数,建立电机模型并进行简化,对永磁同步电动机稳定运行时的温度场进行仿真计算与分析。搭建了永磁同步电动机温升实验台,进行电机温升实验,得到的实验数据与仿真计算数据接近,验证了仿真分析方法的科学性、合理性。     

内置式永磁电机磁极优化及磁热耦合仿真

针对分数槽集中绕组永磁同步电机的损耗高、效率低等问题,提出通过对内置式永磁电机转子磁路结构进行优化的方式来提高电机效率,并利用有限元方法进行计算、建模仿真和验证。利用有限元分析方法,分别针对一字型、弓型、阶梯型、线性型等转子磁路结构电机进行空载、负载的电磁计算与分析,计算结果表明,在电机功率、尺寸、转速相同,永磁体用量和位置相同的情况下,磁极优化后电机的反电动势波形更好、损耗更低、效率更高。为了进一步验证电磁场分析结果的正确性,将电磁计算结果以热载荷的形式加载到电机有限元温度场仿真的模型中,通过有限元电磁场与温度场耦合仿真,进一步证明磁极优化后电机的效率显著提高,温升明显下降,电机磁极优化可以大大提高电机的效率。