基于图像理论的永磁体涡流损耗计算方法

针对二维有限元法计算永磁体涡流损耗时无法计及永磁体涡流损耗轴向分布的不均匀,以及三维有限元的计算过程时间过长,研究了一种基于图像理论的三维解析法用于计算永磁电机磁体的涡流损耗。该方法将永磁体三维涡流场的边界条件与图像相结合,并考虑了定子开槽效应,磁体内部的径向和切向场变化以及不同源谐波的相互作用,同时计及了相电流引起的时间谐波。通过与三维电机有限元模型进行结果比较,验证该方法的准确性及可行性。     

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。     

脉宽调制电压激励下电机永磁体涡流有限元计算的比拟等效方法

永磁体涡流损耗计算是永磁电机热分析的关键问题之一。运用电机学基本理论与电磁场解析法提出一种比拟方法,使得高脉宽调制开关频率下的永磁体涡流问题可以用低开关频率模型进行比拟。在相同过渡过程时间内,比拟模型可以减少时步有限元法的计算步数,使永磁体涡流有限元分析的时间得以缩短。以表贴式永磁电机为例,对所提出的比拟等效方法用有限元算例进行检验,比拟比例取为3。计算结果表明,比拟等效模型的计算时间减少到原问题的1/4以下,比拟等效模型与原问题电机电流谐波幅值相对误差小于2.36%,永磁体涡流损耗相对误差小于0.48%。     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

基于相似原理的脉宽调制电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法

提出一种基于相似原理的脉宽调制(PWM)电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法,将PWM高频谐波涡流问题变换为降频涡流问题,从而减少时步有限元分析的计算步数并缩短计算时间。在以往相似方法基础上,进一步考虑了铁心磁饱和,并保持了基波电压、频率以及电机转速不变。以相似问题和原问题中磁场高频成分具有相同透入深度为条件,通过理论解析法分析两者在电机电流、电机电磁场和永磁体涡流损耗上的相似关系。以一台定子齿部存在磁饱和的表贴式永磁电机为例,将相似方法与传统时步有限元法进行比较验证,结果表明定子电流高频谐波相差不大于6.6%,在相似比为4时,永磁体涡流损耗相差-4.75%,计算用时仅为传统有限元法的1/5。通过测量线圈中放置金属块后线圈的阻抗变化以及测量电机永磁体的温升,分别对相似方法及其涡流损耗计算结果进行了物理验证。     

基于CE-FEA和小信号分析快速计算逆变器供电下聚磁式场调制电机中永磁体涡流损耗

提出一种结合高效有限元法、频域小信号分析和矩形永磁体涡流损耗解析计算模型,快速计算电压源型逆变器供电下聚磁式场调制永磁电机中永磁体涡流损耗的方法。基于高效有限元法,仅需进行一步静态有限元计算即可构建出永磁体中主要低频交变磁通密度分量。基于小信号分析,仅需进行四步时谐有限元计算即可获得脉宽调制电压谐波与永磁体中高频交变磁通密度之间的关系。进而结合解析计算模型实现永磁体涡流损耗的快速计算。所提方法考虑了轴向分段和高频涡流反应对永磁体涡流损耗的影响。与传统时步有限元法相比,所提方法的低频谐波损耗计算相对误差小于4%,脉宽调制谐波损耗计算相对误差小于8.4%,计算速度提高了数百倍以上。     

永磁同步电机永磁体涡流损耗的二维有限元估算

二维有限元方法具有计算速度快,精度高,结果收敛快并且波动小的优点。永磁同步电机,特别是高速和大功率电机的永磁体涡流损耗不可忽略,而永磁体允许温升有限,高温容易引起退磁。在电机设计时考虑永磁体的温升十分重要。本文采用二维有限元方法来估算三维条件下的永磁体涡流损耗,并提出一种估算的方法。以普瑞斯04电动汽车电机为例,仿真结果表明此方法实用有效。     

新型外转子低速直驱永磁游标电机的损耗

对一种新型自增速永磁游标电机的损耗情况进行了分析,重点分析了永磁体和铝壳中的损耗。在电磁损耗计算中采用二维时步有限元法,阐明了采用二维有限元法计算永磁体中涡流损耗的原理和注意事项,并通过三维有限元法检验了二维有限元计算永磁体涡流损耗的误差。分析了铝壳损耗的主要影响因素以及减小方法。空载计算损耗与实测损耗基本一致,验证了损耗计算方法的正确性。最后研究了不同负载情况下损耗的变化情况,以及温度对损耗的影响。     

定子无磁轭模块化轴向永磁电机磁极表面开槽分析

在永磁电机设计中,永磁体(PM)作为励磁磁源,直接影响电机性能。由于定子电流时间谐波和气隙磁场中高次空间谐波的存在,永磁体内产生的涡流损耗不容忽视,极易导致永磁体过热或不可恢复性退磁。本文提出一种减小定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗的方法,以一台10极、12槽、20k W的轴向永磁电机为例,通过对永磁体表面开槽深度、开槽方式及开槽数目的研究,利用解析法和三维有限元仿真分析不同开槽结构的永磁体涡流损耗,推导出永磁体涡流损耗等解析式。并对比带额定负载时气隙磁通密度,合理选择永磁体表面开槽方式及开槽数目。     

永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析

逆变器供电的永磁同步电机(PMSM)中电子器件的高频开关会产生高频的电流时间谐波,进而引起永磁体涡流损耗的显著增加。给出了一种考虑电流时间谐波的永磁体涡流损耗计算的解析式,详细分析了永磁体尺寸和透入深度与涡流损耗之间的关系,并通过一个理想的3D模型进行验证。以1台逆变器供电的48槽8极PMSM为例进行涡流损耗仿真计算,结果表明:永磁体合理的分块数可以有效减少涡流损耗。     

永磁体分割降低永磁电机涡流损耗的分析和应用

永磁体分割可有效降低表贴式永磁同步电机(SPMSM)永磁体涡流损耗,且对电机性能影响最小。分析了永磁体轴向分割和圆周向分割与永磁体涡流损耗的关系,推导了SPMSM永磁体涡流损耗解析解。影响永磁体涡流损耗的因素,包括气隙磁密、齿谐波频率(转速和槽数)、齿距、永磁体电阻率和永磁体磁导率等。根据分析结果可知,永磁体圆周向分割对降低永磁体涡流损耗起主要作用,并通过试验验证了解析解的准确性。     

分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机转子损耗

针对损耗模型很难准确地计算转子损耗且三维有限元方法占用大量时间的问题,基于二维运动瞬态有限元法,研究了1台36槽42极单层分数槽集中绕组永磁同步电机在恒转矩区和弱磁区以最大转矩运行时的转子损耗,并且研究了高速工况下永磁体轴向分段数量、槽口宽度以及气隙厚度对永磁体损耗的影响。研究发现,在整个转速区间永磁体损耗占转子总损耗的90%以上;转速低于1 500 r/min时,转子铁心磁滞损耗高于涡流损耗,高于1 500 r/min时涡流损耗明显高于磁滞损耗。永磁体分段能明显降低永磁体涡流损耗;负载工况下改变槽口宽度,永磁体涡流损耗几乎没有变化;增大气隙厚度虽然能降低永磁体损耗,但是效果并不明显;同时,更改槽口和气隙厚度会使电感发生变化,并进而影响电机的运行性能。     

盘式永磁同步电机永磁体内涡流的有限元分析

钕铁硼是采用最多的永磁体材料,虽然性能令人满意,但电导率高,耐热性差;并且由于转子散热能力差,涡流会使永磁体发热升温,从而导致部分不可逆的退磁,因此很有必要对永磁体内的涡流进行分析。针对盘式永磁同步电机自身的特点,通过二维电磁场有限元法分别求解了空载和负载时电机内的磁场和永磁体内的涡流,其中包括有铁心电机由于齿槽的存在而引起的涡流和不同电机运行速度下的涡流。为了考虑电机的运动效应和使计算结果更加精确,采用了瞬态分析,同时在划分单元时考虑了磁场的透入深度。最后根据瞬态计算出的数据绘出了磁矢位和涡流波形。波形分析得出了影响永磁体内涡流的因素以及应采取的措施。     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

直驱永磁风力发电机永磁体抗失磁能力分析

稀土永磁电机由于其效率高、转矩密度高、功率密度大、控制性能好等特点被广泛应用于风力发电领域,但是永磁体内的磁场波动与电机内的电流和温度相互影响,有发生不可逆失磁的风险,会影响发电机运行的稳定性。以1.5 MW直驱永磁风力发电机为研究对象,从永磁材料的退磁机理、故障电流对永磁体的影响、涡流损耗、永磁体温升的计算和试验等方面进行分析,为大功率直驱永磁风力发电机的设计提供了参考。     

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有：减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。