并列转子混合励磁同步发电机转子磁极匹配研究

针对一种用于交流发电的并列转子混合励磁同步发电机,研究了Halbach永磁转子和隐极电励磁转子2种转子磁极匹配对发电机输出特性的影响。基于2种转子的气隙磁场解析模型,一方面通过电压方程研究了不同转子轴向长度匹配下发电机的外特性和励磁电流,给出了一种永磁转子轴向长度的选定原则;另一方面提出了一种转子磁极结构的匹配方法,通过谐波相抵来降低电压波形的畸变率。选择一种特定转子磁极组合,进行了仿真和样机试验验证。研究结果表明:对于所选的轴向长度匹配,既能实现恒压输出,又具有较低的励磁电流;混合励磁发电与永磁转子单独发电相比,电压波形畸变率降低。仿真及试验结果证明了转子磁极匹配方法的正确性。     

"模块化"混合励磁同步电机结构设计与制造技术研究

磁极分割型混合励磁同步电机无附加气隙,励磁效率高,且结构相对简单,更易实现模块化.以1台10 kVA磁极分割型混合励磁风力发电机为研究对象,对其定子和转子分别进行模块化设计,同时对其制造技术进行了研究并完成样机制造,为同类电机的结构设计和制造提供参考.     

新型并列转子无刷混合励磁同步发电机仿真与试验研究

为充分利用并列转子混合励磁同步发电机的内部空间,本文提出了一种端部铁芯磁极。该磁极放置于永磁转子和电励磁转子直线段铁芯中间,一方面用于电励磁绕组端部的支撑和绑扎固定,另一方面该磁极的C型齿可以产生电励磁调节磁通。针对额定功率为6kW的并列转子无刷混合励磁同步发电机,采用3D有限元法针对端部铁芯磁极的气隙磁场分布进行了分析,并对混合励磁发电机在空载、负载下的输出特性进行了仿真分析;采用2D有限元法对无刷励磁机的性能进行了仿真,得到了直流输出电流和交流励磁电流之间的对应关系。试制了一台原理样机并进行了性能试验,研究结果表明:样机的试验结果与仿真结果较为接近,验证了端部铁芯磁极设计及混合励磁发电机性能仿真的正确性。     

储能驱动用双转子感应电机结构参数分析

储能驱动用双转子感应电机可利用主动转子惯量进行储能,通过主动转子与从动转子之间的电磁耦合,完成主动转子机械能到从动转子机械能的直接传递,实现惯性负载的瞬时加速。本文介绍了双转子感应电机的特殊结构和运行原理,利用有限元法分析了这种新型电机的励磁极数、励磁线圈匝数、从动转子形式等关键结构参数与电机瞬时输出转矩、输出功率等性能之间的关系,为双转子感应电机的瞬态性能优化提供了理论依据。最后,基于分析结果设计了一台工程样机并进行了实验,验证了理论分析的正确性。     

混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机仿真

为了研究混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机转子上既有永磁体、又有励磁绕组的运行性能,建立了混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机的基本方程;根据该电机的转子结构及定子绕组的实际连接方式和空间分布情况,分析了模型中电感参数及永磁体在其他回路中产生的磁链的特点,并给出其表达式;采用有限元法计算各参数表达式中的系数,能准确考虑磁极形状及永磁体的作用,利用数值方法对该电机的性能进行仿真.在1台混合磁极式的混合励磁永磁同步发电机样机上进行了实验,仿真结果和实验结果吻合较好,验证了仿真模型的正确性和参数计算的准确性.     

混合励磁磁通切换永磁电机初始位置检测方法比较

为实现混合励磁磁通切换永磁电机转子初始位置检测,本文在电机d轴、q轴分别注入高频电压信号来估计转子位置。在电机d轴注入高频电压信号时,通过采集q轴电流来获得转子初始位置;在q轴注入高频电压信号时,通过采集励磁绕组电流来获得转子初始位置。通过比较两种初始位置检测方法,基于d轴高频电压信号注入的初始位置检测方法,无法直接判断磁极极性,需要额外的方法判断磁极极性;而基于q轴高频电压信号注入的初始位置检测方法,利用电机励磁绕组和电枢绕组的互感识别转子初始位置,无需额外的磁极极性判断可直接估计出转子位置。最后,在一台12/10混合励磁磁通切换永磁电机的测试平台对两种初始位置检测方法进行了验证。     

磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究

为了满足机械强度要求,高速永磁电机通常采用径向磁通结构。随着非晶合金等新型超薄软磁材料的发展,高速高频轴向磁通永磁电机逐步引起关注。为此,针对一种适合于高速运行的磁极分段式轴向磁通永磁电机转子结构进行研究。建立了该转子结构强度解析计算模型,分别利用解析法和有限元法计算了不同极弧因数、转子轮缘宽度以及转子磁极分段数对转子机械强度的影响规律。同时研究了磁极分段式结构对轴向磁通永磁电机气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩和转矩密度等电磁性能的影响。结果证明采用磁极分段式结构能有效提高转子强度,相关研究工作为高速轴向磁通永磁电机的设计提供参考。     

交叉凸极转子混合励磁同步电机的结构原理与分析

讨论了一种新型交叉凸极转子混合励磁同步电机,详细论述了其结构特点及工作原理。考虑到电机的非对称结构,建立了三维有限元分析模型。通过静磁场分析得到了不同励磁作用下的磁场分布情况以及气隙磁密变化规律,利用瞬态场分析获得了电机的空载特性和功率特性曲线。有限元分析结果与理论分析一致,表明该新型混合励磁同步电机的直流励磁电流可以双向调节电机内合成气隙磁通,从而有效地调节电枢绕组感应电势。     

电动汽车新型转子内置式永磁同步电动机转矩脉动与电磁振动抑制研究

转矩脉动和电磁振动是评价电动汽车(electric vehicles,EVs)电机品质的2项重要因素。该文设计并研发一种新型两段式磁极转子结构,以降低电动汽车内置式永磁(interior permanent magnet,IPM)电机的转矩脉动和电磁振动。该结构的关键特征是转子由相同轴向长度的两段交错组合而成,不改变永磁体的尺寸和用量,每段转子上一个磁极的极弧宽度与其他磁极不同。受益于两段转子的交错安装,不等极弧宽度所引入的不平衡磁拉力被完全抵消。建立该电机的有限元模型和多物理场耦合分析模型,与一台传统磁极分段结构的10kW原型电机进行对比分析,对电机的电磁性能和振动响应进行全面的比较与评估。最后,分别制作新型两段式转子样机和传统磁极分段样机,对反电动势、齿槽转矩、矩角特性、瞬态转矩脉动和效率等进行试验对比。结果表明,所提出的新型两段式转子电机的转矩脉动、电磁振动抑制效果等性能均显著优于现有的磁极分段电机。该结构可推广到其他转子类型的永磁电机,具有重要的工程实用价值。     

无刷电励磁同步电机不同转子结构的对比分析

研究了一种特殊结构的无刷电励磁同步电机,该种电机由无刷双馈电机衍化而来,其取消了电刷和滑环,结构简单可靠,减少了维护费用。定子上同时嵌有不同极数的两套绕组,分别为三相电枢绕组和单相励磁绕组。详细介绍了该种电机的结构特点和运行机理,分别推导了磁障转子和混合转子无刷电励磁同步电机的等效电路和电磁转矩表达式。为分析这两种转子结构对电机性能的影响,对该种电机的运行特性进行了仿真研究,并研制了两台具有相同定子、不同转子结构的样机,测量了两台样机的定子绕组电感参数,对样机的不同运行方式进行了实验研究。仿真和实验结果表明:混合转子无刷电励磁同步电机的起动能力和带载能力较好;磁障转子无刷电励磁同步电机的损耗略小。     

基于三维等效磁网络模型的混合励磁同步电机电磁特性分析

针对分析混合励磁同步电机电磁特性时,三维有限元法计算量大、耗时长,解析法难以考虑铁磁材料饱和影响的问题,提出一种改进的三维等效磁网络模型。该模型考虑了模块化定子齿和转子极靴不均匀饱和,磁极间漏磁、磁极端部漏磁和定子槽内漏磁,能够快速预测具有模块化定转子结构的新型混合励磁同步电机的电磁特性;在建模过程中,根据电机转动时定转子的相对位置,建立相应的气隙磁导等效模型,以进行动态分析。利用该模型,计算了混合励磁同步电机的气隙磁通密度分布、磁链、反电动势和转矩,分析了电机的励磁调节能力。最后,将计算结果与三维有限元、样机实验结果进行比较,验证了该模型的准确性和有效性,为具有三维磁通路径特性的复杂结构电机提供一种快速的初期设计方法。相比于传统模型,该模型精度提高约9.5%;相比于三维有限元法,该模型所需计算时间仅为其0.05%。     

外转子双馈双凸极永磁风力发电机的设计与研究

提出了一种新型的外转子双馈双凸极永磁风力发电机.该电机采用混合励磁结构形式,在电机的定子上同时存在直流励磁绕组和永磁体作为电机的励磁;电机的电枢绕组也安放在定子上,实现了定子的双馈形式;外转子全部由铁心组成,结构简单.该电机的创新在于每一块永磁体都有一对磁路与之相并联的附加气隙,这样可以更加有效地实现对气隙磁场的调节.由于气隙磁场可以随意调节,所以该电机可以在不同的转速和负载电流的情况下实现恒定的输出电压.     

基于SMC材料和Halbach磁路的电机设计与优化

开发了一款基于软磁复合材料(SMC)的电动机,为减小高频时的铁心损耗,电机的定子铁心采用软磁复合材料一次加工成型,转子采用Halbach磁路结构,通过有限元分析,对转子磁轭厚度进行了优化,实现了电机转子的轻量化设计。经样机试验验证,该电机各项性能指标与设计值吻合良好。     

磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机的设计与分析

在现有Halbach阵列永磁电机的基础上,提出了一种磁极组合式的Halbach永磁阵列轴向磁场无铁心电机,阐述了该电机的结构与优点,分析了该电机的电磁转矩。借助三维有限元分析方法,优化设计了组成转子磁极的Halbach永磁材料、软磁材料尺寸。在综合考虑单位体积永磁体所产生电磁转矩和气隙磁密正弦性的基础上,确定了电机转子磁极上轴向磁化、切向磁化永磁体以及软磁材料的极弧系数。与传统Halbach结构轴向磁场无铁心永磁电机相比,优化后的磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机,在保证气隙磁密大小一定的基础上,减少了永磁体用量,降低电机造价,从而提高了电机性价比。样机实验和有限元分析结果验证了所设计电机的正确性和有效性。     

混合动力汽车用双转子电机的建模与仿真

针对传统混合动力汽车驱动系统的机电耦合传动机构较为复杂、效率不高等问题,将由励磁转子、杯形转子和外定子构成的双转子电机结构应用于混合动力汽车系统中。依据级联式无刷双馈电机以及同步电机的基本电磁关系,推导并建立了双转子电机的数学模型,并给出了电机运行在纯电动和两转子同步状态的仿真结果。仿真结果表明,双转子电机数学模型可实现平稳运行,验证了电机结构及其数学模型的正确性,模型在混合动力系统中应用的可行性,为研究系统控制策略提供了理论基础。     

磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计

Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。     

轴向分段式双爪极永磁电机设计与分析

永磁同步电机在高频率工况时,定、转子铁心损耗和永磁体涡流损耗都会增加,使电机温度升高,从而导致绝缘老化、永磁体退磁等。为了解决高频损耗增加的问题,设计了一台定、转子铁心材料均为软磁复合材料的轴向分段式爪极定子、单段式爪极转子的双爪极电机。类似于双凸极结构会出现转矩脉动过大的问题,采用转子磁极偏移和定子斜极相结合的方式降低转矩脉动。最后,对电机的电磁设计和温度分布进行分析,验证设计的合理性。对于爪极参数的选取,研究主要尺寸比、极弧系数、转子磁极偏移距离和定子斜极角度对双爪极电机的气隙磁密、空载反电动势、转矩及转矩脉动的影响。     

混合励磁水轮同步发电机结构与原理

针对现有小型水轮同步发电机运行效率低的问题,提出一种新型的可满足小型水电站运行要求的混合励磁同步发电机。该混合励磁水轮发电机转子由4个铁磁磁极和4个永磁磁极构成,每个磁极均布置励磁绕组,铁磁下的励磁绕组为运行励磁绕组,永磁磁极下的励磁绕组为灭磁励磁绕组,分别分析了两套励磁绕组工作时的气隙磁场调节原理。基于二维电磁场有限元法,计算了该混合励磁同步发电机运行性能,得到了该发电机的空载电压波形及其特性。与研制的混合励磁同步发电机样机测试结果吻合,验证了计算结果的正确性,同时说明该混合励磁同步发电机具有较宽的气隙磁场调节能力,可以满足小型水电站无功调节的要求。     

软磁复合材料横向磁通永磁电机的齿槽转矩优化设计研究

齿槽转矩是永磁电机的一个固有属性,它是引起永磁电机产生转矩脉动的主要原因之一。在降低永磁电机的齿槽转矩方面,最常见的办法有斜定子槽,凹定子齿,偏移转子磁极和匹配定转子极对数等。本文的主要工作是使用优化转子磁极尺寸,优化磁极偏移角度,和结合这两种方法使用微分进化的算法来减小软磁复合材料横向磁通永磁电机的齿槽转矩。本文使用三维有限元方法来计算电机的齿槽转矩和其他相关电磁参数,且通过实验可以验证计算方法的准确性。通过对上述几种优化结果的比较,表明了,使用转子磁极偏移一定的角度是最为有效的减小横向磁通永磁的电机的齿槽转矩的方法,和结合优化磁极尺寸的方法能够进一步优化电机的转矩性能。     

气隙长度对转子齿谐波电动势的影响

为了实现对齿谐波励磁的永磁同步发电机的优化设计,需要准确把握电机设计参数对转子齿谐波电动势的影响。首先阐述了该新型混合励磁发电机的结构和原理,定性分析了气隙长度对转子齿谐波电动势的影响,并采用电磁场有限元法进行了验证,结果表明:随着气隙长度的增加,转子齿谐波电动势逐渐减小。同时,针对计算结果的处理,得到了计算转子齿谐波电动势的拟合公式,根据拟合公式得到与其他气隙长度对应的转子齿谐波电动势,与有限元计算结果基本吻合,为该类齿谐波励磁的发电机优化设计提供了理论参考。