变磁通轴向磁场永磁电机机械动力学分析与弱磁能力研究

对机械变磁通轴向磁场永磁电机(MVFAFPMEM)进行机械动力学与电磁场仿真分析,研究机械调磁装置的运动特性、角度调节能力及电机弱磁能力。基于机械系统动力学自动分析(ADAMS)虚拟样机技术,研究了不同转速下凸轮角加速度和弹簧形变情况,获得了转子错开角度随电机转速的变化规律;利用有限元方法计算了转子错开角度变化时的电机气隙磁场,研究了凸轮式机械调磁装置对电磁特性的影响。仿真结果表明,利用所设计的调磁装置,可使电机两转子间的错开角度在0°~21°范围内变化,弱磁能力较强。试验结果验证了理论与仿真分析的正确性,利用凸轮式机械调磁装置能够根据电机转速自动调节两转子间的相对位置,实现轴向磁场永磁电机气隙磁场强度的宽范围调节。     

新型磁通切换机械调磁永磁电机设计分析

结合磁通切换永磁电机与机械调磁电机的优点,研究了一类基于磁通切换原理的漏磁式机械调磁永磁电机。借助机械调磁装置来协调控制磁通切换电机内部磁场分布,利用ANSYS软件对电机的主要结构参数进行优化,并分析了调磁装置在不同位置时电机的调磁性能。结果表明,磁通切换型机械调磁永磁电机结构设计合理,机械调磁装置中的调磁块与单元转子错开角度可以实现电机弱磁扩速,证明该新型机械调磁装置具有较好的调磁性能。     

漏磁式机械调磁外转子永磁同步电机损耗分析

提出一种基于离心运动的新型漏磁式机械调磁外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell软件,对电机的调磁效果进行有限元分析,获得了电机在不同弱磁程度下的参数,并对电机损耗进行分析。结果表明,借助漏磁式机械调磁装置,能有效地调节外转子永磁同步电机的气隙磁场,弱磁效果较好;在弱磁工作状态下,电机的损耗有所降低,从而可提高电机的平均效率。     

一种带自动弱磁装置的混合式转子永磁同步电机设计与研究

针对传统永磁电机内部磁场难以灵活调整的问题,提出了一种带自动调磁机械装置的混合式转子结构永磁同步电机。分别介绍了混合式转子结构电机和附加的机械自动调磁装置,并分析了电机运行原理。通过有限元仿真和机械动力学分析研究了电机在不同运行状态下,气隙磁密、空载反电势、转速-转矩关系以及机械装置的齿轮旋转角度等,验证了机械调磁装置的可行性与可靠性。结果表明该电机具有良好的磁场调节能力,为混合动力汽车驱动电机设计与恒压发电提供参考。     

串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机设计与调磁特性分析

提出一种新型串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机,对其进行设计,研究了其调磁特性。通过在高矫顽力永磁基础上串联磁化水平易于调节的低矫顽力永磁,不仅可维持较高的气隙磁场,也可改变磁场的大小。基于三维有限元分析,研究了混合永磁比例对电机性能的影响,对比了不同磁化水平下永磁体磁场分布及电机的电磁特性。制造样机,进行试验研究,测试结果验证了仿真计算的正确性。通过脉冲电流改变永磁磁化水平,可连续平滑调节和控制该电机磁场,调磁损耗小,有效解决了磁通切换电机气隙磁场难以调节的问题,适用于电动车辆等需要宽调速高效率驱动的应用场合。     

一种机械调磁永磁同步电机的联合仿真研究

介绍了目前电机仿真分析研究的现状,针对传统机械调磁电机偏机械或电磁特性的不足之处,提出了通过机电联合仿真以实现机械与电磁特性合理仿真的新途径。然后详细描述实现机电联合仿真的原理与方法。以机械变磁通轴向磁场永磁同步电机为研究对象,通过在ADAMS/View中建立电机机械调磁装置模型,与NATLAB/Simulink中所建立的电机本体控制模型进行联合仿真。仿真结果验证了联合仿真的正确性,为以后机电联合控制的研究开发提供了新的方法。     

切向式永磁同步电机不同转子结构的轴部漏磁分析

利用ANSYS有限元分析软件,对转子采用不同隔磁结构的切向式永磁同步电机进行二维气隙磁场和转子轴部漏磁的仿真计算,对不同隔磁措施的转子结构的漏磁通进行比较分析.通过有限元计算和分析,得到了切向式结构的永磁同步电机比较合适的隔磁措施,并且得出了轴部漏磁在切向式永磁电机设计中不可忽略的结论.     

混合励磁交替极永磁电机多谐波调磁技术研究EI北大核心CSCD

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet vernier machine,HE-CPPMVM)。该电机的转子采用CPPM结构,定子齿上同时绕有集中电枢绕组和直流励磁绕组。无励磁电流时,旋转的永磁场经定子齿的调制后与电枢反应谐波相互作用实现机电能量转换;施加励磁电流时,定子励磁绕组通电后可产生静止励磁磁场,经CPPM转子凸极铁芯调制后与电枢反应谐波相互作用可灵活调节电机磁场。该文介绍该电机的结构特征,建立交替极永磁场、励磁磁场和定转子磁导模型,阐述工作谐波特性,揭示其多谐波工作调磁原理。加工原理样机并进行测试,验证调磁原理的有效性。     

双转子径向永磁电机气隙磁密的分析计算

双转子径向永磁电机可以大大提高转矩密度和效率。该文首先简要介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理、特性及设计依据,然后采用等效磁路法对气隙磁密进行了解析,最后利用有限元法对所设计电机进行了静态磁场的分析和气隙磁密计算值的验证。结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,气隙磁密的解析值和有限元计算值也吻合得较好,证明了分析和设计的可行性。     

弱磁型永磁同步电机研究综述

本文基于永磁同步电机的弱磁原理,分析了现行控制策略方式进行弱磁的不足之处。文章从改进电机本体结构着手,阐述了弱磁型永磁电机的工作原理,通过设计特殊的转子结构或者增加相应的调节装置,达到磁场调节的目的。本文综述了五种类型弱磁型永磁电机国内外研究现状,为永磁同步电机特殊场合弱磁应用提供思路。     

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。     

新型机械变漏磁永磁电机设计与电磁特性分析

提出了一种新型机械变漏磁永磁(MVLF-PM)电机,该电机采用一个附加在转子侧的机械装置,能根据速度改变永磁体磁化方向相对d轴的角度,实现漏磁通的自动调节,有效拓宽了电机的调速范围。首先分析了该电机的工作原理并构建了数学模型,运用系统动力学方法探究了弹簧形变长度、永磁体旋转角度与转速的关系;然后运用有限元方法对该电机和传统三角型永磁(D-PM)电机的弱磁调速特性及机械强度进行了对比分析;最后,通过对一台1 kW样机的弱磁性能进行测试,验证了MVLF-PM电机设计理论与有限元分析结果的有效性与准确性。     

新型机械轴向变磁通永磁同步电机分析研究

为解决传统变磁通永磁电机在基速以上运行可靠性差和调磁困难的问题,提出一种附加机械调磁装置的新型轴向变磁通永磁同步电机。采用有限元法对电机运行于不同转速时的磁场分布进行分析,建立轴向变磁通永磁同步电机三维有限元仿真模型,获得了电机在不同转速下气隙磁密、绕组磁链及空载反电势、电感等电磁特性。分析结果表明:在基速以下时,机械调磁装置不动作,该电机能以大转矩运行;在基速以上时,机械装置相应动作,电机可在宽范围恒功率运行,调磁效果较好。通过制作样机和构建电机系统试验平台,验证了理论分析和设计的有效性。     

交流调磁双交错混合励磁电机的等效磁路模型

本文提出了一种双交错混合励磁电机,该电机采用交流调磁方式,可以简单、灵活地调节电机气隙磁场、改变线圈感应电动势,具有双向对称调磁能力。本文分析了该电机的结构特点和工作原理,结合该新型电机的磁场分布,建立了交直轴等效磁路模型,计算了各段磁路上的磁阻,进而求得电枢绕组中感应的磁通。同时,采用三维有限元分析法对电机进行仿真,得到不同调磁状态下的电枢反电动势。将两种方法的计算结果进行对比,二者基本一致,验证了所提出模型的有效性。     

宽弱磁永磁同步电动机的研究综述

提高永磁同步电机的弱磁扩速能力,主要从控制策略和电机本体结构设计两方面着手。本文基于永磁同步电机的弱磁原理,分析了现行控制策略方式进行弱磁的不足之处,并从改进电机本体结构方面,即设计特殊的定、转子结构或者增加相应的磁场调节装置等,综述了七种国内外具备宽弱磁调速的永磁同步电机结构,为永磁同步电机特殊场合弱磁应用提供了思路。     

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。     

基于磁齿轮调制的复合电机有限元分析

为了降低机械损耗,获得高转矩密度电机,研究了一种磁齿轮复合电机,该电机充分利用磁场调制型磁齿轮内部空间,将磁场调制型磁齿轮和永磁电机复合在一起。利用有限元软件建立磁齿轮复合电机二维有限元模型,分析了电机磁力线分布、气隙磁密及对应的傅里叶分析、感应电动势、稳态运行转矩、齿槽转矩等特性。仿真结果表明,此类复合电机磁力线分布均匀,气隙磁密对应的最大谐波次数符合设计要求,三相反电动势对称性好,内外转子转矩比与传动比一致,齿槽转矩较小。与传统永磁电机相比此类电机有很好的转矩传输比和较高的转矩密度,具有很好的应用前景。     

新型交流调磁型永磁同步电机基本机理及运行特性EI北大核心CSCD

以提升永磁同步电机广速域运行性能为目标,提出一种新型交流调磁型永磁同步电机(AC flux-regulation permannent magnet synchronous motor,ACFR-PMSM),相较于传统永磁同步电机,所提电机拥有独立的轴向定子及轴向交流绕组,且转子上设计有凸出的轴向导磁极。该电机的数学模型、等效磁路模型和三维有限元模型分别被建立,并通过对比计算证明了所搭建模型的准确性。另外,通过对该电机等效磁路模型的分析,归纳了电磁性能与径向定子裂比、电机轴径比、永磁体参数的关系,进而完成了该电机关键尺寸参数的优选设计。采用三维有限元分析进行了所设计电机与传统永磁电机的电磁性能对标,结果表明,ACFR-PMSM拥有更优秀的磁场调节能力、更低的永磁体退磁风险及更宽的恒功率运行范围。最后,制造了一台ACFR-PMSM样机并搭建了测试平台,经验证,所制造样机的实测结果与有限元仿真结果的吻合度良好。样机的性能测试结果展现了ACFRPMSM在诸如电动汽车驱动、航空起动/发电系统、新能源发电等需要进行高效磁场调节及高性能宽速域运行领域的广阔应用前景。     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

轴向磁场无铁心永磁电机电磁力及转子机械强度的研究

轴向磁场永磁电机因其结构紧凑、功率密度高等优点获得越来越多的应用,对于无铁心轴向磁场永磁电机,转子盘体之间的轴向电磁力有可能会引起转子的变形,从而影响电机运行的可靠性。研究了轴向磁场无铁心永磁电机的电磁场及转子的机械强度,利用有限元分析方法和解析方法计算了电机两个外转子之间的电磁力。将该电磁力作用于转子盘上,利用结构有限元分析方法仿真分析转子盘体应力及最大变形,为转子结构的优化设计提供依据。