U型无铁心永磁同步直线电机磁场建模与分析

传统的铁心式直线电机由于铁心开断的影响,造成了横向和纵向边端效应,使推力输出波动较大;无铁心永磁直线电机具有零齿槽效应的优点,结构简单,控制灵活。采用两种解析法求解无铁心永磁同步直线电机气隙磁场的问题,即等效磁势法和等效磁化电流法,同时采用有限元法对电机磁场进行有限元分析,验证解析法磁场解析计算的准确性。最后分析电机主要尺寸对气隙磁场的影响。通过改变电机参数,进行了优化设计,为同类电机的设计与分析提供了参考。     

无槽永磁直线同步电动机静态特性分析

建立无槽永磁直线同步电动机分层解析模型.由于电机等效气隙较长,漏磁较大,采用磁化电流法等效永磁体电流密度,电枢电流按实际情况考虑.以矢量磁位作为求解变量得到励磁磁场和电枢反应磁场的二维解,在此基础上分析电机的气隙磁密、电磁推力、自感和互感等静态参数.用有限元法验证解析结果;两种方法所得结果吻合较好,表明该解析法行之有效.     

无槽永磁直线同步电动机的稳态分析

建立无槽式永磁直线同步电动机分层解析模型,由于电机等效气隙较长、漏磁较大,采用磁化电流法等效永磁体电流密度,电枢电流按实际情况考虑。以矢量磁位作为求解变量得到励磁磁场和电枢反应磁场的二维解。在此基础上求电机的电磁参数:气隙磁密、电磁推力、电感和电势等。进一步分析气隙长度对电机磁场的影响,用有限元法验证解析结果,两种方法所得结果吻合较好,表明该解析法行之有效。     

U型无铁心永磁同步直线电机气隙磁场有限元分析及实验研究

永磁同步直线电机由于自身的纵向开断以及绕组分布不对称,造成独有的纵向和横向边端效应,引起磁场的畸变,使得磁场分析较为困难.采用有限元法分析U型无铁心永磁同步直线电机的气隙磁场,以降低其分析难度.通过有限元分析和物理样机实验相结合的方法,对电机气隙磁密分布进行了比较,证实了有限元法简便,而且准确性高.     

U型无铁心永磁同步直线电机电磁耦合分析

U型无铁心永磁同步直线电机气隙磁场是永磁体励磁磁场和线圈绕组电枢电流励磁磁场在气隙区域的耦合,由于励磁方式的不同,使得理论分析比较困难。本文基于等效磁化电流和电枢相电流的傅里叶级数展开相结合的理论分析方法,将励磁永磁体和电枢相电流产生的磁场均等效为正弦电流激励磁场,从而让二者具有一致的表达形式,求解分析此类电机的气隙耦合磁场。最后,将理论分析结果与二维有限元分析方法和试验样机实验分析结果进行比较分析,验证了理论分析结果的有效性和可靠性。     

基于三维场-路耦合有限元的盘式无铁心局部退磁分析

由于盘式无铁心永磁无刷直流电动机漏磁系数较大,永磁体容易产生局部退磁,因此准确计算局部退磁是设计安全可靠的盘式无铁心永磁无刷直流电动机的前提。利用Ansoft分析软件,建立了一台六极盘式无铁心永磁无刷直流电动机的三维有限元模型,并搭建了三相六状态的驱动电路,实现了三维磁场与外电路的耦合仿真,能够准确计算动态过程中永磁体各个位置的工作点磁通密度。首先对盘式无铁心永磁无刷直流电动机的空载和带载起动过程进行了瞬态场计算,分析得到不同带载条件下起动过程转速、电磁转矩以及电枢电流等性能。然后计算分析了电动机起动过程中,电枢电流和永磁体单独及综合作用下永磁体工作点磁通密度、三维气隙磁场分布,研究了电枢电流的幅值和相位对永磁体局部退磁的影响。结果表明,带较大负载起动过程中,电枢电流较大,局部退磁较严重,研究结果对进一步优化设计永磁体结构以及预防局部退磁具有重要意义。     

横向磁通永磁直线电机损耗的研究

针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.     

新型外转子Halbach永磁阵列定子无铁心电机设计与分析

具有气隙磁密正弦、磁密高等优点的halbach阵列永磁外转子电机应用于飞轮储能系统的电动/发电机可以有效提升系统集成度,简化系统结构,提高系统功率密度。本文研究分析新型外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的转子结构和定子绕组设计方法;通过有限元方法分析了磁场分布和定子绕组损耗;研究定子绕组区域磁场分布变化特征,采用每匝绕组线圈内部导体换位技术有效抑制线圈导体内部之间的环流;最后,通过场路耦合方法分析定子绕组电流对转子永磁体涡流损耗影响。本文优化设计的200k W外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的机电能量转化效率高达99%以上。     

基于PCB绕组的盘式永磁同步电机温度场分析与冷却方式研究

盘式无铁心电机通常体积比较小,功率密度高。定子绕组采用印制电路板结构(printed circuit board,PCB)的盘式无铁心永磁同步电机,其温升直接影响着PCB基材和永磁体的性能。文中以基于PCB绕组的盘式无铁心永磁同步电机为研究对象,根据传热学原理,建立电机三维温度场计算的数学模型。采用有限元法对电机进行了温度场仿真分析,研究电机的发热以及电机各部件的温度情况。通过与实验数据对比,验证了所建模型的合理性和计算结果的准确性。最后通过增大电机机壳与PCB定子的接触面积研究电机温度的变化,优化了电机温升,为基于PCB绕组的盘式电机冷却方式的研究提供了一些参考依据。     

三种不同形状永磁体圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的性能。利用有限元软件ANSYS分析了三种不同形状永磁体结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。得出了在相同条件下,矩形和梯形永磁体结构气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而菱形结构气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。     

无槽永磁直线同步电动机的动态特性分析

建立了无槽永磁直线同步电动机分层解析模型,由于电机等效气隙较长、漏磁较大,采用磁化电流法等效永磁体电流密度,电枢电流按实际情况考虑。以矢量磁位作为求解变量得到相应区域磁场。在此基础上分析该电机的瞬态与负载驱动,如电压、速度和电磁推力等。用有限元法验证解析结果,结果较吻合,表明方法可行。     

基于磁热耦合法车用永磁同步电机温升计算及影响因素的研究

针对温升计算过程中材料的温度特性对损耗产生影响的问题,在考虑损耗分布特征的基础上,采用电磁场-温度场的双向耦合计算方法,实现两场信息的反馈并进行迭代热计算。以一台7. 5 kW电动车用永磁同步电动机为例,建立电磁场和温度场三维耦合模型,运用磁热双向耦合方法计算了电机在额定转速下的温升分布状态。以温升实验测量值为基准,与传统温度场计算采用均匀生热率的计算结果进行对比,验证了双向耦合计算方法的准确性。基于磁热双向耦合的计算方法对车用永磁同步电机温升进行优化设计,针对永磁体温升过高问题,采用永磁体沿轴向分段技术,有效的降低了永磁体上的温升;对永磁体放置方式进行优化,采用V一型转子结构替代V型转子结构,计算得到前者杂散损耗比后者降低57%,通过磁热耦合方法计算得到优化后永磁体和绕组温升分别降低14 K和23. 3 K。     

可控励磁磁悬浮直线同步电机磁热耦合研究

针对用于驱动数控机床的可控励磁直线磁悬浮同步电机特殊结构,对磁热耦合机理进行研究。分析电机在不同电枢电流时磁场对温升的影响,建立该电机二维温度场中热传导的微分方程、热对流的牛顿冷却公式以及温度场的边界条件;确定电机不同材料的导热系数及对流换热系数,给出对流换热系数的解析表达式。采用ANSYS有限元仿真磁热耦合分析方法,分析电机主要热源,应用ANSYS Maxwell软件计算其定子、转子损耗,以此作为电机热源导入Workbench软件对其进行热分析,得到该电机通入不同电枢电流时的温度分布云图。仿真结果表明,可控励磁磁悬浮直线同步电机内发热主要集中在绕组处,随电枢电流的增加而增大。温度场计算数据可为电机设计提供依据。     

基于磁热耦合法的高速永磁电机温升计算及其应用

针对温升计算过程中材料的温度特性对损耗产生影响的问题,利用电磁场与温度场双向耦合的分析方法,并在求解过程中计及损耗的空间分布,从而实现高速永磁电机温升的准确计算。以一台15kW表贴式高速永磁体同步电机为例,考虑电机各部件装配间隙,运用磁热耦合方法计算了电机在额定转速时的温升情况,与传统温度场加载热密度法计算结果对比,并通过温升实验验证了双向耦合计算方法的准确性。以磁热耦合研究方法为基础,对高速电机护套的选材问题进行探讨,提出在护套上加装适当厚度的铜屏蔽层来降低损耗与温升,同时分析表贴式与内置式转子结构对对电机损耗与温升的影响,为高速永磁电机转子结构设计提供可靠有效的参考依据。     

异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体退磁研究

异步起动永磁同步电动机起动过程中,定转子电流产生的强退磁磁场可能导致永磁体发生不可逆退磁。该文采用二维有限元法,深入研究了W形转子结构异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体的退磁特点,分析了定转子基波磁动势对永磁体工作点的影响,以及永磁体最大退磁点出现的规律。结果表明:电机以不同负载条件及转子初始位置起动时,每个起动过程中永磁体退磁最明显的时刻可能出现在任意转速;随着负载转矩和转动惯量的增大,永磁体退磁最明显时刻的电机转速接近同步速的概率增大,永磁体遇到最严重退磁磁场的概率也将增大。电机正常起动过程中,很可能在永磁体边角位置发生不可逆退磁,位置比较固定且区域面积很小,不会对电机性能产生显著的影响。     

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。     

无槽永磁直线同步电动机永磁体对电磁推力的影响

建立无槽式永磁直线同步电动机分层解析模型,以矢量磁位作为求解变量得到励磁磁场和电枢反应磁场的二维解。分析该电机永磁体结构对电磁推力的影响。用有限元法验证解析结果,两种方法所得结果吻合较好,表明方法可行。     

一种波浪发电装置用低速双动子永磁直线电机运行机理研究

提出了一种用于直驱式波浪发电装置的短行程、低速、双动子双侧Halbach永磁阵列直线电机。研究该电机的运行机理及电磁特性,通过优化电机永磁体结构提高电机磁能密度及发电效率,降低电机磁阻力。首先,根据电机的电磁负荷、运动行程和平均速度,给出电机模型的初始设计结构和参数,采用磁场分析法辅助有限元法分析电机电磁特性,验证电机模型的正确性。其次,对Halbach永磁阵列拓扑结构及其磁场分布进行计算与分析,研究电机径向磁通密度增强原理与电机轴向磁通密度抵消原理,对电机双侧Halbach永磁结构进行优化,提高电机磁能密度及输出电压幅值,降低电机轴向磁阻力,减少电机低速运行过程中的振动;研究电机在恒速及正弦速度下的电动势曲线,并计算电机的输出效率。最后,采用一台圆筒形永磁直线电机验证在不同波浪参数下的输出电压曲线。分析与计算结果表明双动子双侧Halbach永磁阵列直线电机较其他类型电机具有磁能密度高、磁阻力波动小及输出效率高的优势。     

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。     

高速永磁电机的设计与磁热耦合温升计算

高速永磁电机转速高、体积小,因此其温升计算相较于常规电机更为重要。针对此问题,设计一台150kW的高速永磁电机,以有限元法和解析法对高速电机的各部分损耗进行计算。建立电机的温升分析模型,在有限元流体场进行电机三维温升计算、应用磁热耦合的分析方法对所设计电机进行温升分析,分别进行单向和双向的耦合温升计算,计算结果表明耦合温升计算与流体场温升计算所得的温升分布存在一定差异。相较于常规温升计算,磁热耦合温升计算可以更为准确地得到高速永磁电机的各部分的温升情况,保证电机更为安全可靠地运行。