永磁电机的技术和特点

永磁电机目前有几种基本型式,由于新的永磁材料的应用和电子控制技术的发展,已研制成功功率达125马力的实用产品。各种永磁电机都具有它们共同的特性,即采用永磁材料励磁,用来替代直流电源供电的绕组磁极,它们在电机内既可用作静止体,也可用作旋转体。 1 几种基本型式的永磁电机 1.1永磁电动机此术语精确地讲是表示具有绕组电枢、换向器和电刷,但静止绕组磁极由磁钢取代的传统直流电机。这种电机的特性相当于纯并励电机,当然只是电枢电流在磁场励磁中不起作用。在永磁电机家族中,盘形电枢电机是一个重要     

齿谐波绕组电流对电枢绕组空载电压波形的影响

为了利用电机中固有的齿谐波磁场实现永磁电机气隙磁场的调节,需要处理好齿谐波磁场的利用与电枢绕组电压波形畸变两者之间的关系。基于磁导分析法定性分析了转子齿谐波绕组电流产生的机理,及其产生的齿谐波磁场在电枢绕组中感应的齿谐波电动势特点。相邻磁极下的齿谐波绕组采用正向串联的方法,可以解决电枢绕组和齿谐波绕组之间的磁场耦合问题,从而消除由转子齿谐波绕组电流产生的齿谐波磁场在定子电枢绕组中感应的齿谐波电动势。针对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了计算和实验,通过对比计算结果和实验结果验证了理论分析的正确性。     

单相匝间短路对永磁电机损耗及温度分布的影响研究

以一台14 k W卷烟自动化设备用节能永磁电机为例,建立了二维电磁场有限元计算模型,对永磁伺服节能电机电磁场进行了计算分析,并对比研究了永磁电机额定工作状态下定子电枢绕组匝间短路故障对电机性能的影响,给出了不同匝间短路形式下电机各部分损耗的变化规律;在此基础上,建立了永磁电机温度场计算模型,分析了电机匝间短路故障时电机电枢绕组及永磁体温度的变化规律,揭示了永磁电机绕组匝间短路对电机温度分布的影响机理。所得出的结论对永磁电机故障分析及防止永磁体高温失磁具有重要的意义。     

设附加齿的永磁无刷直流电动机

针对小型永磁无刷直流电动机，其电压低、电流大的特点，论述了如何有效地利用电枢绕组大电流产生的电构磁势，使之产生显著的助磁效果，本文介绍了设置附加齿，充分利用电枢磁势的原理，在此基础上研制了一台钕铁硼永磁无刷直流电动机，给出了电机结构图以及电机绕组驱动电流、驱动电压的理想波形，实验测电机绕组驱动电压波形和电机性能参数，分析电压波形中反电势部分，得到了令人满意的结果，即电枢绕组反电势随电枢电流的增大明     

基于QCSI的高速无刷直流电机起动方法研究

针对高速永磁无刷直流电机,提出了一种基于准电流源型逆变器的起动方法。该方法使用准电流源型逆变器直接控制电机电枢绕组电流,从而避免了高速电机电枢绕组电感电阻值极小导致的绕组电流波动剧烈和起动电流大的问题。对此起动方法进行了理论分析,并设计了基于准电流源型逆变器的控制系统。借助Simulink工具对此系统进行了仿真研究,得到了与理论分析一致的结果。为了进一步检验起动方法的可行性,在额定4 kW高速永磁无刷直流电机上进行了验证实验。实验结果表明,基于准电流源型逆变器的高速永磁无刷直流电机控制系统,能很好地实现电枢绕组电流控制,使电机的起动平稳快速。     

分数槽绕组对永磁同步电动机性能的影响分析

理论分析分数槽绕组对永磁同步电机齿谐波电动势、电枢反应磁动势和齿槽转矩的影响。以3相4极永磁同步电机为例,运用Ansoft Maxwell分别建立整数槽绕组电机模型和分数槽绕组电机模型,对电机的电枢反应电动势、气隙磁动势和齿槽转矩进行仿真分析。对比仿真结果验证理论分析的正确性。     

新型定子分区式磁通切换电机的电磁性能分析

提出了一种永磁体与电枢绕组分离的新型定子分区式磁通切换永磁电机。该电机包含两个定子,即带有电枢绕组的内分区定子和带有永磁体的外分区定子。基于有限元分析法分析了电机的性能,并与体积相同的传统磁通切换电机相比,该电机的电磁转矩提高了33%。结果表明该电机采用的定子分区结构,解决了传统磁通切换电机永磁体和电枢绕组用量的冲突,使得转矩密度得到大幅度提升。     

永磁无刷直流电机负载磁场及其电磁转矩的计算

该文在考虑齿槽影响的前提下，建立了永磁无刷电机电枢反应磁场的解析计算模型，求出永磁电机相绕组的自感和互感。在对水磁无刷直流电机空载气隙磁场和空载相绕组反电动势求解的基础上，结合永磁无刷直流电机主电路的拓扑结构，构造出电机绕组的场路耦合模型，由此计算出电机相绕组电流变化波形。在考虑齿槽影响情况下，计算出永磁电机在任意时刻的电枢反应磁场和负载气隙磁场，进而计算出永磁无刷直流电机产生的瞬时电磁转矩，以便定量分析永磁无刷电机的电磁转短被动和绕组换相引起的转矩被动，为分析永磁无刷直流电机的工作特性和振动噪声提供了可靠的依据。     

磁通反向永磁电机低谐波设计及其电磁性能分析

磁通反向永磁电机永磁体和绕组均位于电机定子,具有转子结构简单、机械强度高和便于冷却等优势。它通常采用分数槽非重叠集中绕组,电枢反应磁场中往往含有大量谐波,进而导致电枢电流利用率低、铁心损耗高及振动与噪声等问题。提出一种低谐波磁通反向永磁电机,基于磁场调制原理对电机气隙磁密谐波进行分析,提出合理的绕组配置方案,实现电枢磁场无效谐波的抵消。基于有限元分析,对电机低谐波设计前后的电磁性能进行了对比分析。结果表明,该低谐波设计方案可以明显降低电机齿槽转矩、铁心损耗和永磁体涡流损耗,有效改善了电机性能。     

一种新型单相磁通反向电机磁场调节分析

针对传统2/3极单相磁通反向电机磁场调节困难的问题,在电机定子轭部开槽增加一组交流励磁补偿绕组来调节磁场。借助于有限元仿真,对比研究该电机空载情况下采用3种不同剩磁感应强度的永磁材料,转子在电枢绕组交链磁通最大位置时的磁力线分布、在不同幅值的交流励磁电流下的气隙磁密和电枢绕组交链磁通的变化,以及电机电枢绕组中感应反电动势。     

空心杯斜绕组电枢永磁直流电动机

空心杯斜绕组电枢永磁直流电动机,又称动圈式直流电动机、篮式转子直流电动机等。它在结构上与普通永磁直流电动机不同之处,主要是电枢上无铁心,由导线直接斜绕成空心怀状的电枢。为了提高可靠性、改善换向性能、延长使用寿命以及提高效率等,把小型永磁直流电动机的电枢设计成无铁心空心的矩形绕组。目前我国有些单位已经开始生产这类电机。为了克服矩形绕组端部不切割磁场,还增加了电抠电阻和重量的缺点,近年来我们设计和生产了     

新型定子结构永磁同步电机弱磁调速性能分析

提出了一种用于弱磁升速运行的新定子结构永磁同步电机,这种电机每个定子槽内设置一对分流齿,它能减少磁路磁阻,增加有限的电枢磁动势产生的电枢磁通,束缚在分流齿中大部分电枢磁通,将抵消永磁励磁磁通与定子绕组匝链,控制定子绕组磁链,实现弱磁升速。建立了新结构电机的等效磁路,说明分流齿弱磁工作原理,并解释分流齿束缚电枢磁通并不削弱电机转矩输出的机理。对新定子结构电机进行了有限元分析,在此基础上研制了一台样机并进行了实验研究,实验结果和计算结果相吻合,验证了新定子结构永磁同步电机的弱磁性能。     

双定子永磁无刷电机电感特性分析

基于二维有限元法研究了双定子永磁无刷电机(DS-PMBL)内外定子绕组的电感特性,提出了一种计算DS-PMBL电机不饱和电感与饱和电感的数值计算方法,得出了DS-PMBL电机电枢绕组饱和电感的变化规律。对一台现有DS-PMBL样机电枢绕组的饱和电感进行了测定,实验结果验证了有限元计算与理论分析的正确性。     

高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究

短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组的电阻和铜损耗。在电机的三维温度场计算模型中对端部绕组进行了分层等效,计算和实验结果表明分层等效模型能够提高绕组温升计算的准确性。为降低高功率密度电机中电枢绕组的温升水平,对电机端部绕组进行导热优化,减小了端部绕组的传热热阻,电枢绕组的最高温升从80℃降至69℃。最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。     

高性能盘式永磁电动机的设计分析

主要介绍高性能盘式永磁电动机的结构设计、电枢绕组设计和磁路设计。电机的主体外形呈圆柱体形状,两侧的端盖上粘贴有多对极扇形的永磁体,转子电枢绕组按一定规则排列而成圆盘的形状,电枢绕组的有效部分导体沿径向呈现辐射状形态分布,电机有功率密度高、结构紧凑、尺寸小、成本低等优点。     

奇偶数槽对永磁无刷直流电机性能的影响

介绍了永磁无刷直流电机设计过程中绕组形式的确定,并利用Maxwell2D有限元软件建立电机模型进行处理,从而集中分析了电枢奇偶数槽Z的不同对永磁无刷直流电机性能的影响。结果表明,Z为奇数的Z／p会产生不平衡径向磁拉力,不利于电机的整体性能。     

磁路互补型模块化磁通切换永磁直线电机

新型模块化初级永磁直线电机的永磁体和电枢绕组都置于初级短动子,而次级长定子结构简单,仅由导磁铁心组成,若应用在轨道交通等长定子等场合,可大大降低系统成本。在深入分析现有电机结构特点的基础上,提出一种基于磁通切换原理磁路互补的新结构。结构的互补性使每相绕组的反电势更正弦、电机总的定位力更小。介绍了模块化初级永磁直线电机的结构特点和运行原理,并基于有限元法,研究了其静态特性,具体包括对空载和单相绕组通电时的磁场及气隙磁通密度、绕组永磁磁链、空载反电动势、定位力、绕组电感以及静态推力等,并分析了永磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。理论分析和样机实验结果验证了设计方案的正确性和有效性。     

基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交轴励磁绕组,用以补偿电枢反应磁动势的作用,保证负载变化时电机气隙磁场基本维持恒定。这种基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机突破了磁饱和对电磁转矩的限制,为提高永磁同步电机转矩密度开辟了新途径。文中给出了一台新型电机样机的设计方案。通过有限元仿真,验证了通过补偿电枢反应磁动势提高电机转矩密度的有效性,并分析了该电机带不同负载运行时的转矩、效率特性及其与传统电机的区别。     

定子永磁型无刷电机系统及其关键技术综述

定子永磁型无刷电机是一类永磁体和电枢绕组均位于定子的新型永磁无刷电机,可方便地对永磁体和电枢绕直接冷却以控制其温度,并易于通过"永磁+电励磁"实现对电机气隙磁场的直接控制,从而获得无刷电机的宽范围调速;凸极转子既无永磁体也无绕组,结构简单可靠,适合高速运行;该电机兼具功率密度高、效率高、容错性能好、控制灵活等特点。该文介绍了定子永磁型无刷电机的基本结构与工作原理,总结了它们的共性规律和个性差别,对其分析设计方法、控制策略等关键技术进行综述,讨论了多种磁通调节方案和容错控制策略,分析了该电机系统在电动汽车、飞轮储能、轨道交通等领域应用的可行性和潜力,最后对该电机系统的主要研究方向进行了展望。     

不等齿宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机转矩的方法

在一些特殊的低速直接驱动应用场合,要求电机要有较高的转矩密度.传统等齿宽近极槽永磁同步电机的齿槽结构约束磁负荷和线负荷的关系,成为其实现高转矩密度的瓶颈.为提高近极槽永磁同步电动机的转矩输出能力,采用交替不等齿宽和齿顶宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.通过分析多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的电路和磁路结构,推导了电枢齿齿磁通的解析表达式,揭示了交替不等齿宽提高电机转矩的本质.最后利用Ansoft有限元仿真软件分析了96槽80极外转子永磁同步电动机在不同齿宽时的转矩,以及电枢齿和辅助齿的齿磁密.结果表明,采用交替不等齿宽和齿顶宽降低了电机定子齿的饱和度,大幅度提高了隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.