六极潜油电机定转子绕组的研究

因潜油电机工作空间狭小,使得设计六极潜油电机十分困难,特别是确定定转子槽数及绕组的形式。通过运用电机绕组设计理论,确定定子槽数,并绘出定子穿线图,进而确定合理的定转子槽数配合,并在文中对分数槽绕组在六极潜油电机上的应用做一探讨。     

分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁动势及绕组系数分析

本文根据绕组电流产生磁动势的基本原理,使用Matlab软件对典型常用的几种分数槽集中绕组单元电机的定子磁势进行傅里叶级数展开,得到分数槽集中绕组磁势各次谐波的频谱图。通过对频谱的分析,得到分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁势的谐波分布规律。在磁势谐波频谱的基础上分析了分数槽集中绕组的绕组系数,得到了绕组系数分布规律及绕组系数表。为分析解决分数槽集中绕组永磁交流伺服电机其它问题打下基础,为电机的设计提供依据。     

双定子永磁电机内外定子绕组相轴相对位置确定方法

确定内外定子绕组相轴相对位置是双定子永磁电机设计安装过程中必须解决的问题.本文推导了永磁电机定子绕组相轴位置与电机设计参数关系的解析表达式,并分别以整数槽、分数槽绕组电机为例,将解析表达式求解结果与槽导体电势星形图分析结果进行对比;采用有限元方法分别计算了内外定子均为分数槽和内定子为整数槽外定子为分数槽两种情况下的双定子永磁电机电磁特性;最后测试了内外定子均为分数槽样机绕组的相电动势波形.研究结果表明:解析表达式分析结果与槽导体电势星形图分析结果完全一致,有限元分析结果与实验结果吻合很好,验证了理论分析的正确性.本文所得解析表达式能准确计算永磁电机定子绕组相轴位置,适用于三相60°相带分数槽双层分布式、集中式绕组电机及整数槽绕组电机.     

定子模块化分数槽集中绕组电机性能分析

通过在两种槽极配置（12槽10极与12槽14极）电机定子非绕线齿中插入间隙,对分数槽集中绕组电机的定子进行模块化设计。使用有限元软件建模仿真,与传统一体式电机进行对比。分析发现,模块化电机定子间隙的存在改变了定子磁路,从而影响电机的电磁特性、转矩特性以及损耗特性。定子间隙对电机性能的影响也同时得以明确,结果表明,定子间隙的存在提升了12槽14极电机的绕组因数、输出转矩,运行效率等。和12槽10极电机相比,少槽多极（12槽14极）分数槽集中绕组电机更适合进行模块化改造。     

定子齿顶偏心对压缩机用IPMSM振动噪音的影响

采用分数槽集中绕组的内置式永磁同步电机(IPMSM)变频驱动的压缩机,其振动噪声有增长的趋势且存在许多新的特征。为此,本文基于定子绕组电动势和电流的谐波,建立径向和切向电磁力的等效表达式,用以分析该种电机振动噪音的产生机理;提出用定子齿顶偏心结构来抑制绕组电动势谐波,从而抑制振动噪声;用有限元法计算了该结构多个方案的电磁振动噪声,并进行了样机制作和实验,表明定子齿顶偏心可有效降低分数槽集中绕组IPMSM变频驱动压缩机某些关键频段的噪音。     

高温超细长潜油永磁电机温升研究

潜油电机槽满率低、振动大,增大了绕组绝缘损坏的风险。为此,提出一种定子模块组合式潜油电机(MCSPMM)结构,能够有效增大电机的槽满率,减小电机振动。但在高温高压的工作条件下,需要对这种特殊结构电机的温升进行进一步设计和校核。由于实际工况下电机温升测试困难,为了确保电机运行的稳定性,对超细长潜油永磁电机的温升进行了研究。其发热量可用热负荷进行近似考量并用有限元进行了验证,计算极限工况下电机的温升分布,为超细长MCSPMM的设计提供重要依据。     

磁通屏障对潜油电机转矩特性的影响

转矩脉动是影响内置式潜油电机的重要因素，通过对电机转子内部磁通屏障的设计，进而达到降低转矩脉动的目的。以10极12槽内置式“一”字型潜油电机为基础模型，使用有限元法对潜油电机转子进行了二维瞬态场分析。基于磁通屏障效应对潜油电机气隙径向磁密的影响，得出了潜油电机转子在各种运转工况条件下的径向电磁特性分布的状况，并分别比较研究电机的齿槽转矩和电磁转矩等转矩特性。优化后，潜油电机的转矩脉动有了显著的降低。最后，采用砝码法验证磁通屏障的设计对潜油电机齿槽转矩具有较好的抑制效果。由于潜油电机的定子结构被限制，磁通屏障的优化设计具有非常大的意义。     

分数槽集中绕组双转子感应电机电磁耦合特性的分析

由于传统双馈感应发电机的功率因数随极对数增加而显著降低,无法实现直驱,提出一种分数槽集中绕组双转子电机,定转子采用分数槽集中绕组,利用定子磁动势极对数频谱中的一对主导分量进行双转子交流励磁,提高电磁功率,显著提升了电机转矩密度。介绍分数槽集中绕组双转子感应电机的基本结构及工作原理,依据分数槽集中绕组理论分析了它的电磁耦合特性,并推导了电感参数的一般表达式,利用解析法计算电感参数,分析了高次谐波对电感参数的影响。最后,通过对比有限元分析与理论分析的电感参数结果,理论分析与仿真结果基本吻合。     

不同极槽配合潜油直驱永磁电机性能研究

潜油永磁同步电机由于尺寸约束往往采用分数槽绕组设计。分析了永磁电机气隙磁密分布及齿槽转矩产生机理,以四台不同极槽配合的闭口槽表贴式潜油永磁同步电机为例进行二维电磁场分析,在外形尺寸和输出性能相同的条件下,研究了不同槽数对电机气隙磁密、空载反电势、齿槽转矩、输出转矩等的影响,为潜油永磁电机的设计选型提供了理论依据,为进一步优化奠定了基础。     

电动汽车用六相永磁容错电机的分析和设计

为需满足容错电机各相绕组间的电隔离、物理隔离、磁隔离、热隔离,设计分析、设计一种采用分数槽集中绕组的电动汽车用六相永磁同步容错电机。通过磁动势谐波分析,提出一种新的极槽配合方案以减小因采用集中绕组而带来的永磁体涡流损耗,同时降低了转子极对数,减小了定子铁心损耗。通过分析集中绕组电机产生转矩波动的原因,以及相间解耦后dq0变换下的电感矩阵,确定容错电机的转子设计形式。最后给出整体的电机设计方案和性能参数。     

基于齿靴优化的分数槽集中绕组电机定子磁场谐波削弱

为优化分数槽集中绕组电机的定子磁场波形,提出一种定子齿靴优化的方法。本文介绍了定子齿靴优化的思路及其在Maxwell 2D中实现的方法,以8槽6极表贴式单相永磁同步电动机为例,对不同齿靴优化程度的电机模型进行仿真,得到定转子磁场波,并进行傅里叶分解和气隙磁密的计算。仿真结果表明:提出的定子齿靴优化方法能有效地改善分数槽集中绕组电机的定子磁场波形,降低其谐波畸变率。本文为优化分数槽集中绕组电机的定子磁场波形提供了一定的参考依据。     

集中绕组永磁无刷电机的转矩研究

集中绕组永磁无刷电机由于绕组结构与常规60°相带分布绕组不同,定子磁动势的谐波含量增加,定子齿、槽的影响也加大。本文采用电机磁能虚位移原理计算电机转矩,并编制了计算软件,不仅可以计算电机的平均电磁转矩,还可以得到由谐波磁场产生的谐波脉动转矩。通过实例计算,本文还比较了整数槽绕组和分数槽绕组产生谐波转矩的情况,采用分数槽绕组可以削弱谐波脉动转矩。     

轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机及其匝间短路故障抑制研究EI北大核心CSCD

针对传统分数槽集中绕组永磁容错电机相间隔离能力弱、匝间短路故障抑制能力不足的问题,该文提出一种轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机。该电机各相绕组沿轴向独立排布,实现了相间的电、磁、热及物理隔离。首先,介绍轴裂相整数槽集中绕组电机的基本结构,阐述其工作原理,分析其电磁性能。然后,理论分析该轴裂相整数槽集中绕组永磁电机匝间短路故障的抑制机理。在考虑绝缘接触电阻变化的基础上,将所提轴裂相整数槽集中绕组永磁电机与传统分数槽集中绕组永磁电机在不同接触电阻情况下的故障电流、损耗和温升进行对比和分析。研究表明,相比于传统分数槽集中绕组永磁容错电机,该文所提轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机在故障的各个阶段,其匝间短路故障的严重性均较低,并且故障对健康相的影响很小,实现了从电机结构上抑制和隔离匝间短路故障的目的。最后,加工一台轴裂相整数槽集中绕组永磁电机样机,完成对样机匝间短路电流和故障温升的测试,实验结果与理论分析和仿真结果一致,证明了上述分析的正确性。     

分数槽集中绕组无铁心永磁直线同步电机推力分析

为实现应用于步进扫描投影光刻机中长行程直线电机的高推力密度、低推力波动等要求,研究叠放和非叠放两种分数槽集中绕组的无铁心永磁直线同步电机推力特性,在建立空载气隙磁场分析模型的基础上,推导叠放和非叠放两种绕组形式的电机空载感应电动势、电磁推力和推力密度的解析式,分析永磁体和初级绕组的结构尺寸对电磁推力的影响规律。通过实例分析,比较推力的解析法计算结果、有限元法仿真结果和实验测试值,证明解析法的合理性。同时,分析比较不同极槽比组合的叠放和非叠放分数槽集中绕组的电机电磁推力和推力密度的大小。结果表明:少极多槽极槽比的叠放分数槽集中绕组形式电机产生的电磁推力与推力密度更大。     

无轴承电机并联式集成绕组设计准则与快速分相方法

针对无轴承电机采用的传统双绕组结构设计复杂、铜损耗大、功率密度低的问题,提出一种基于槽号相位图法的并联式集成绕组快速设计方法,这一绕组结构能有效提升定子槽利用率,显著降低绕组端部长度,提高无轴承电机的工作效率。通过分析并联式集成绕组的结构特点,得出流经各线圈的电流情况并结合无轴承电机的特点推导该类绕组的设计与优化准则。对比基于槽矢量星形图法的绕组分相过程,说明了改用槽号相位图法的优势,这一方法显著简化了设计步骤,并能与程序自动设计结合快速实现绕组分相。搭建一台21 000 r/min的表贴式高速无轴承永磁薄片电机的有限元仿真模型并进行仿真分析,通过对电机的电磁转矩、主动悬浮力及可控特性、被动悬浮力的分析,证明采用并联式集成绕组的无轴承电机兼具良好的电磁性能与悬浮能力。     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

新型数控转台双转子永磁环形力矩电机设计

为提高电机转矩密度,研究了一种直接驱动式新型数控转台双转子永磁环形力矩电机,以适应数控机床作业空间有限的要求。定子绕组采用串联背绕的绕线方式。采用近极槽数的特殊集中分数槽绕组解决了电机多极数,低转速情况下电机极、槽配合的矛盾。通过有限元分析方法对电机性能进行分析计算,电机保持较高的绕组系数,验证了电机具有较高的转矩密度,说明了所述设计方法的合理性和有效性。     

定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机损耗分析及效率优化

减速装置的引入使得轮毂电机分布式驱动系统对电机本体的效率提出了更高的要求。为了实现定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机在其常用工况下的高效率,该文分析了利兹线和扁线对定子槽满率的影响规律,建立了不同线型绕组的交流损耗计算模型,对不同线型绕组电机的交直流铜损进行了计算与对比分析,并基于损耗产生机理提出扁线绕组分股和换位的交流损耗抑制方法。在此基础上,针对轮毂电机驱动系统的常用工况,对不同线型绕组电机的损耗和效率进行全面对比。结果表明,采用该文提出的效率优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率,使用改进型扁线绕组的定子无铁心轴向磁场永磁电机适合作为减速驱动轮毂电机应用,尤其是对转矩需求较高的轮毂电机。试验结果验证了理论和仿真分析方法的正确性。     

三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之一)

分数槽集中绕组在无刷直流电动机应用日渐广泛。研究无刷直流电动机分数槽绕组的相数m、槽数Z、极对数p等设计参数之间的相互关系和约束条件,着重分析三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数Z/p组合规律,给出符合分数槽集中绕组条件的Z/p组合选择表。过去关于分数槽集中绕组文献多只提及表示为Z0=2、p0±1和Z0=2、p0±2的组合,文中给出更多的槽极数组合;同时引入了单元电机和虚拟电机概念,讨论了分数槽绕组和整数槽绕组的绕组分布系数对应关系等问题,可供设计者参考。     

不同定子模块化结构对分数槽永磁电机性能的影响

在分数槽集中绕组(FSCW)永磁电机的基础上进行了定子模块化改造,设计了四种不同的定子模块化结构,包括非隔磁类(T型、齿轭分离型)、隔磁类(E型、C型),以及缠绕齿和非缠绕齿不同时带齿尖的两种新型齿尖结构。建立相应的有限元电机模型,研究探讨了定子模块化类型与齿尖结构对FSCW永磁电机性能的影响。仿真结果表明模块化结构永磁电机选取合适的定子间隙可降低齿槽转矩。12槽10极电机采用的缠绕齿带齿尖结构可提高电机性能。