基于Ansoft的永磁同步电机磁场分析

从铁心材料、定子槽形和绕组结构的选取等方面,介绍了某型4极24槽永磁同步电机的建模过程,并通过有限元分析,得到了其在空载条件下的磁力线和磁密云图,为永磁同步电机的优化奠定基础。     

正弦波永磁同步电机空载气隙磁场分析

用解析方法研究采用平行磁化，两侧边平行，内外圆弧不同心永磁体表面安装型的转子同就电机空载气隙磁场分布，并开发求取最佳永磁体内外圆弧偏心距的程序，以设计具有正弦波空载气隙永磁场的电机，。解析法结果和有限元法结果吻合较好。     

永磁同步电机初始磁极位置检测方法

根据永磁同步电机相电感的饱和效应,提出了一种恒压源作用下的相电流响应来获得电机初始磁极位置的检测方法,并针对制动器打开瞬间容易出现因磁极位置不准而造成无法定位的问题,对位能性负载提出了一种基于位置环的快速定位法。该方法根据电机实际转动的角度来反向移动给定电流矢量,实现快速定位。最后通过计算不同幅值电流矢量二次定位转过的角度来获得精确的磁极位置。所提方法能够准确获得电机初始磁极位置,可适用于不同类型的永磁电机。实验证明:该控制方法结构简单,易于数字控制实现,同时具有较强的通用性和鲁棒性。     

永磁同步电机转子磁极优化技术综述

永磁同步电机的电磁转矩、转矩波动、电磁振动与噪声等电机性能与气隙磁密波形密切相关。减小气隙磁密中的谐波含量能够有效地削弱齿槽转矩、抑制转矩脉动,减小电机振动,提升电机的整体性能。对表贴式和内置式永磁同步电机来说,可以分别通过优化永磁体形状和转子表面铁心形状(统称为转子磁极优化技术)来减小气隙磁密中的谐波含量。该文回顾并总结了近年来国内外学者在永磁同步电机转子磁极优化技术方面所进行的研究工作,将不同的转子磁极优化技术进行归类,比较其优缺点。最后探讨了转子磁极优化技术尚存在的一些问题和未来发展的主要方向。     

永磁同步电机三维磁场计算及分析

永磁同步电机具有功率密度大、运行安全可靠以及维护简单等优点而得到广泛应用。在深入分析永磁同步电机三维磁场分布特性基础上,以12槽永磁同步电机为例,用有限元分析方法建立了电机模型。采用棱边单元法对电机进行了三维电磁场数值计算,研究了不同单元形状对电磁场计算结果的影响,并进行了仿真验证,结果证明在可靠性、计算速度和气隙磁密方面,采用棱边单元法进行有限元磁场计算较现有方法有着较大提高。最后基于设计的1 kW永磁电机搭建了实验平台,对其短路过程进行了研究,得到了永磁同步电机的最大短路电流,实验结果验证了所采用仿真方法的正确性,对设计、研究永磁电机有一定参考意义。     

永磁同步电机转子磁极的极性判别方法

针对永磁同步电机转子磁极的极性判别问题,依据电枢绕组的磁饱和特性,从电机的高频数学模型入手,提出一种以PWM逆变器载波频率成份作为高频信号源的极性判别方法。为了能够产生旋转的载波频率成份信号,逆变器采用三相三角波载波SPWM调制方式,并给出了该调制模式下的载波频率成份电压表达式。推导了α-β坐标系下的载波频率成份电流矢量方程,方程中的饱和分量幅值包含转子磁极的极性信息。利用外差处理电路提取饱和分量,进而实现了对永磁同步电机转子磁极的极性辨别。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。该方法不需要知道电机的精确参数,也不需要向电机注入额外的特定高频信号,能够判别PMSM转子磁极的极性。     

低速永磁直线同步电机永磁体励磁磁场分析

低速永磁直线同步电机是利用初、次级表面开槽引起气隙磁导波变化而工作的,首先通过对气隙磁导波的分析,给出了初、次级开槽的气隙磁导波的计算方法.在此基础上,对电机的气隙磁场进行了分析与Magnet仿真,对轴向和径向励磁结构做了对比,为进一步分析低速永磁直线同步电机的动态特性奠定了基础.     

圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。     

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。     

轴向磁场变磁通永磁同步电机的优化分析

轴向磁场变磁通永磁同步电机(Axial Field Variable Flux Permanent Magnet Synchronous Machine,AFVFPMSM)是一种新型的盘式双转子电机。以一台三相AFVFPMSM为例,在介绍其结构特点、工作原理及基本尺寸方程的基础上,采用三维有限元分析软件中参数化扫略模块,综合考虑绕组磁链和感应电动势两个方面,对该电机主要结构参数,包括永磁体形状与厚度、气隙长度及绕组厚度进行优化。对AFVFPMSM的深入研究具有重要的实际应用价值。     

永磁同步电机最优励磁的磁场重建

在永磁同步电机（PMSMs）的许多应用中，由转矩波纹和径向力谐波产生的震动备受关注。选用电机设计和／或定子励磁二者之一来减小转矩波纹在近些年已受到很大的注意。相比之下，减小径向力谐波的方法却没受到那么重视。本文推导给出了一种磁场重建法，可以让设计者快速决定在任意定子励磁电流下的径向和切向力分量。使用磁场重建法，可找到减小转矩和径向力波纹的定子电流波形，来迫使转矩密度保持让人满意的水平。     

非对称V型磁极偏移内置式永磁同步电机转矩脉动分析

当牵引机车采用内置式永磁同步轮毂电机时,转矩脉动偏大,引起振动、噪声,从而影响电机运行性能.针对此问题,首先提出一种非对称V型磁极偏移转子结构;其次,基于绕组函数理论和等效磁路法,分别推导出定子磁动势和转子磁动势表达式,结合洛伦兹力定律,得到转矩脉动解析模型;再次,对比三种磁极偏移方式下的转矩及径向力,确定出最优的磁极偏移方式;最后,对对称V型磁极、非对称V型磁极和非对称V型磁极偏移三种转子结构的转矩脉动、齿槽转矩及气隙磁密高次谐波分别进行仿真实验和比较.实验结果表明,非对称V型磁极偏移结构转矩脉动降低约14％,齿槽转矩降低约78.7％,气隙磁密5、7谐波最小,所提结构能有效抑制转矩脉动,提升电机性能.     

表贴式永磁同步电机新型偏心磁极优化设计

针对高功率密度的轮毂式永磁同步电机涡流损耗大的问题,设计了一种新型偏心磁极结构的表贴式永磁同步电机,该电机磁极外圆弧偏心且内外圆弧具有不同的弧度。采用解析法分析了新型偏心磁极结构对气隙磁通密度和涡流损耗的影响。在有限元软件中对建立的10极12槽三维电机模型进行电磁及稳态温度场仿真分析。结果表明,在电机采用新型偏心磁极结构后,1 cm³的永磁体涡流损耗降低了17.20%,永磁体稳态温度降低了3℃,改善了轮毂式永磁同步电机的运行性能。     

永磁同步电机模型预测磁场定向控制技术

针对永磁同步电机磁场定向控制(FOC)策略中PI电流控制环存在超调、交直轴电流耦合等不足,提出了一种基于模型预测以及FOC技术的模型预测磁场定向控制(MP-FOC).MP-FOC优点在于:利用模型预测控制技术取代了传统FOC控制技术中的所有PI环,从而提高了电机的稳态以及动态性能;由于所提方案避免了PI环所带来的的不足...     

磁极旋转式新型变磁通永磁同步电机弱磁性能分析

针对永磁同步电机内部磁场难以调节的问题,提出一种磁极旋转式新型变磁通永磁同步电机。深入分析该新型变磁通电机的弱磁原理,通过虚拟样机技术对调磁装置进行动力学分析,获得弹簧形变长度和齿轮旋转角度随转速变化的规律;采用有限元分析技术对永磁体不同旋转角度的感应电动势、气隙磁通密度、绕组磁链和调磁特性等进行数值分析。仿真结果表明,通过设计合理的调磁装置,在离心力作用下,齿轮旋转角度范围为0～45°,电机具有良好的弱磁扩速性能。试制样机验证了理论分析的有效性。     

轴向磁场永磁同步电机转子涡流损耗研究

为解决轴向磁场永磁同步电机温度过高导致电机运行性能降低的问题,针对电机转子进行了深入研究。先利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,仿真电机磁场分布和气隙磁密波形,并计算平均涡流损耗;采用铜层屏蔽减小转子涡流损耗,并仿真出转子涡流损耗随铜层厚度变化情况。     

混合式磁场结构永磁同步电机的磁路分析与计算

根据永磁电机磁路分析方法及混合式磁场结构永磁同步电机的特殊结构型式，提出了混合式磁结构永磁同步电机的磁路计算方法，建立了电机的等值磁路图，并较详细介绍子磁钢去磁曲线的合成及空载，负载工作点的求取。     

双转子永磁同步电机的磁路建模和磁场分析

为了研究双转子永磁同步电机的设计方法,对电机定子中异向旋转的耦合磁场进行了分析。引入定子铁心径向磁阻和切向磁阻,建立电机的等效磁网络模型,将双转子异向旋转产生的并联磁路和串联磁路交替问题简化为单一的并联磁路问题,得到电机的磁场分析方法。在内外转子上采用不同材料的永磁体,通过优化内外转子半径比,使两个转子产生等大反向的转速和电磁转矩。最后通过有限元分析方法验证了这种设计方法和等效磁网络模型的有效性。     

基于减小永磁同步电机齿槽转矩的磁极参数优化

针对永磁电机存在齿槽转矩影响运行性能的问题,通过分析电机齿槽转矩解析表达式的磁极参数,利用有限元软件建立3相4极24槽表贴式永磁同步电机仿真模型,分析永磁体剩磁感应强度、极弧系数以及永磁体厚度的变化对电机齿槽转矩的影响规律,最佳的磁极参数可有效削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩,改善电机运行性能。