定子开槽永磁同步电机气隙比磁导解析计算

采用镜像和保角变换相结合的方法计算定子开槽永磁同步电机的气隙比磁导。以光滑转子铁磁表面为镜面,将定子开槽永磁同步电机气隙原像及其镜像作为解析模型,经过多次保角变换得到气隙比磁导解析公式。解析模型考虑了齿槽之间的影响、定子开槽对气隙磁场径向分量和切向分量的影响,解析公式可用于定子开槽永磁同步电机的励磁磁场、电枢反应磁场、电磁力和齿槽转矩。在解析模型的基础上,对某定子开槽永磁同步电机单个齿槽指定路径上和气隙区域内气隙比磁导进行求解,与有限元结果相比较,表明了所提解析方法的准确性。     

定子开槽表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析法

针对表贴式永磁电机定子开槽后的转子偏心空载气隙磁场解析问题,结合正则摄动理论建立其全局解析模型.将解析区域划分为永磁体、气隙和槽区域,通过各子区域之间的边界条件,求解拉普拉斯方程或泊松方程.叠加气隙磁密的零阶分量和一阶分量,得到偏心气隙磁场分布.解析解与有限元解的比较结果表明,气隙磁密、齿槽转矩和不平衡磁拉力计算准确,验证了解析模型的可靠性.所述解析方法计算快速准确,便于分析表贴式永磁电机转子偏心磁场.     

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。     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

低速永磁直线同步电机永磁体励磁磁场分析

低速永磁直线同步电机是利用初、次级表面开槽引起气隙磁导波变化而工作的,首先通过对气隙磁导波的分析,给出了初、次级开槽的气隙磁导波的计算方法.在此基础上,对电机的气隙磁场进行了分析与Magnet仿真,对轴向和径向励磁结构做了对比,为进一步分析低速永磁直线同步电机的动态特性奠定了基础.     

电励磁爪极发电机气隙磁场与径向电磁力的解析计算模型

爪极发电机因其特殊的转子结构导致磁场空间分布复杂,通常需要建立三维有限元模型对其进行计算分析。而三维有限元方法计算费时,且不便于分析发电机结构及电磁参数对磁场和电磁力的影响,因此提出一种气隙磁场与电磁力的解析计算模型。首先,考虑定子相电流谐波对气隙磁动势的影响及爪极倒角和定子开槽对气隙磁导的影响,建立气隙磁场的解析模型;在此基础之上,利用麦克斯韦应力张量法建立径向电磁力的解析模型,并依据解析模型对爪极发电机电磁噪声影响最大的36阶电磁力来源进行分析。所建解析模型的计算结果与有限元计算结果吻合,有限元结果得到了样机试验验证,从而说明了解析模型的准确性。     

计及定子开槽的插入式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析迭代模型

采用解析迭代法研究定子开槽插入式永磁电机转子偏心气隙磁场全局模型。首先采用摄动法计算无槽定子、转子偏心气隙磁场;接着,利用以上结果给出定子开槽区域的边界条件,计算定子开槽后的气隙磁场;然后获得定子开槽后的边界条件,再次计算。经过多次迭代得到最终气隙磁场分布。本模型能够方便地计算各种偏心情况下电机的磁场分布。将本模型计算的气隙磁通密度分布、偏心力和齿槽转矩与有限元模型比较,结果吻合,表明了该全局解析模型的正确性和有效性。     

基于感应励磁的混合励磁同步发电机性能

针对感应励磁发电机结构简单但励磁容量有限,永磁同步发电机磁场难以调节的问题,研究了一种将二者励磁功能相结合的混和励磁发电机。气隙中大部分磁场由转子上的永磁体提供,当需要调磁时,通过定子直流绕组与转子上感应绕组的感应作用,在感应绕组上获得调节磁动势,实现发电机磁场的调节。转子上两种励磁源为并联关系,调磁磁路磁阻小,无电刷-集电环系统,保证了发电机的结构简单、可靠性。在原理分析的基础上,使用二维有限元法对电机的磁场调节能力和负载特性进行分析,并进行了样机实验。有限元分析与实验结果都表明,与同结构参数的永磁同步发电机相比,混合励磁同步发电机具有灵活磁场调节能力;而相对于同一定子励磁磁动势的感应励磁发电机,该发电机输出容量大幅度提高,克服了感应励磁不适用于大容量发电的问题。     

混合励磁爪极发电机的磁场调节特性分析

针对电励磁爪极发电机输出功率较低、永磁式爪极发电机磁场不可调节的缺点,研究了一种特殊结构的混合励磁爪极发电机。阐述了该发电机的结构组成、工作过程及磁场调节原理,利用三维电磁场有限元软件JMAG分析了其空载磁场分布情况及磁场调节特点。结果表明,与相同结构参数的电励磁爪极发电机相比,混合励磁爪极发电机具有更高的气隙磁通密度和更宽的磁场调节范围等优点,为进一步深入探索爪极发电机提供了一定的理论基础和技术参考。     

轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析计算

针对双定子单转子表面嵌入式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁场进行了解析研究。建立了气隙磁场的解析模型,将轴向磁通电机等效成直线电机并建立了等效面电流模型来求解空载工况下的气隙磁场。根据电磁场理论中的唯一性定理,给出了满足泊松方程的边界条件,并将分离变量法应用于泊松方程的解析解来计算电机三相定子电枢绕组作用下的气隙磁场。通过将空载下的气隙磁场与电枢绕组作用下的磁场叠加来预测电机负载工况下的气隙磁场。最后用三维有限元仿真计算结果与解析模型的计算结果相比较,证明了解析法可以有效地计算轴向磁通电机的气隙磁场,为轴向磁通永磁同步电机的解析分析和优化设计提供了基本手段。     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。     

分段式Halbach阵列永磁同步电机非理想气隙磁场建模分析

Halbach阵列是一种特殊的永磁体充磁方式,可以提供理想的气隙磁密,且转子无需采用铁磁材料。由于定子开槽,永磁同步电机定转子气隙不均,气隙磁密谐波增加,产生齿槽转矩。本文利用子域模型法建立了分段式Halbach阵列永磁同步电机空载磁场解析模型。其解析模型计算结果与有限元结果相比,两者气隙磁密波形吻合较好。该解析模型为进一步研究电枢反应、齿槽转矩等性能奠定了基础。     

解析数值结合法在直驱轮毂式永磁无刷电机气隙磁场分析中的应用

该文用解析数值结合法分析直驱式外转子分数槽表面磁钢永磁无刷电机气隙磁场。将磁场求解范围划分为等效气隙区域和扩展槽区域,根据等效气隙区域磁位解析解得到开槽后扩展槽区域数值计算的第一类边界条件,永磁体等效成面电流密度,用四边形等参元法计算扩展槽区域磁场分布。电机转子转动,可计算任意气隙半径处磁密分布和任意角度的齿槽定位转矩。通过对计算结果的分析验证此方法在外转子表贴式电机气隙磁场计算中的正确性。     

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。     

并列转子混合励磁同步发电机电感参数研究

电感参数计算的准确性直接影响同步发电机的输出性能。本文给出一种并列转子无刷混合励磁同步发电机,其永磁转子采用Halbach阵列磁体结构,电励磁转子采用隐极结构,两种转子同轴并列。针对该电机分别采用解析法、有限元法以及负载试验法对同步电感进行计算和测量。为提高计算的准确性,基于有限元法计算了永磁转子和电励磁转子之间的不锈钢定子铁心漏抗。研究结果表明:相对于试验测量结果,有限元法的计算误差为-4.48%,解析法计算误差为-12.02%,有限元法具有较高的计算精度。     

失磁故障下交错磁极混合励磁发电机的等效二维解析磁场模型

交错磁极混合励磁发电机由于两端交错磁极的不对称布置,其磁通表现为三维分布特性,尤其是失磁故障下,其磁场分布将进一步发生明显变化。在磁路分析的基础上,利用多个等效二维气隙磁场解析模型可以较充分地反映失磁故障下交错磁极混合励磁发电机中磁通的分布特点。针对改进的交错磁极混合励磁发电机,建立了其等效二维解析模型,分析了其失磁故障下的磁场特性,并利用有限元方法验证了该模型的准确性。     

混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析

提出了一种新结构混合励磁无刷爪极电机。电机的磁场由爪极极面上永磁片、爪极极间永磁片和无刷爪极转子上的电励磁绕组三部分共同建立。采用三维有限元方法对所提出的一台六对极新结构混合励磁无刷爪极电机样机的空载磁场进行了分析,给出了三维有限元分析模型,计算了不同励磁电流时的电机气隙以及铁心中的磁场分布,给出了不同电励磁电流时气隙和转子的磁场分布图。由此证明了通过电励磁电流的调节可方便地改变电机气隙磁密。     

基于双曲余切变换的Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场解析模型

精确计算气隙磁场是设计和分析永磁电机的关键。Halbach阵列永磁电机具有良好的转矩输出特性。转子偏心会对永磁电机产生不良影响,准确获得其偏心气隙磁场分布具有重要意义。采用双曲余切变换解析计算Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场。该文建立了Halbach阵列定子开槽、转子偏心永磁电机二维模型。将同心解析模型分为三类子区域,利用各区域边界条件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通过矢量磁位求得同心气隙磁场,利用相对磁导函数对其进行修正,从而获得偏心空载气隙磁场,对其进行研究,并利用回归评价指标进行评估。不同偏心率下气隙磁通密度、不平衡磁拉力、齿槽转矩的解析结果同有限元结果吻合,验证了该文解析模型的有效性和正确性。     

并列转子混合励磁同步发电机的运行模态分析

为了解决永磁同步发电机气隙磁场调节困难的问题,研究一种新型混合励磁同步电机,描述它的结构及工作原理。借助电枢反应理论,分析不同励磁电流情况下并列转子混合励磁同步发电机中永磁同步发电机和电励磁同步发电机各自的工作情况,对电机运行过程中存在的3种运行模态(双发电模态、单发电模态和发电–电动模态)进行分析,并探讨了电机3种工作模态的边界线,实验验证了理论分析的正确性。     

基于保角变换与等效磁路法的永磁直驱发电机气隙磁场计算

该文开展了负载工况下永磁直驱发电机气隙磁场研究。基于精确域求解和保角变换，计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势；采用离散线电流元，定量模拟发电机定转子局部出现的磁饱和现象；基于考虑几何尺寸的定转子非线性磁阻计算方法，建立包含发电机定转子结构以及气隙长度的等效磁路，给出相应的迭代求解流程。以实际在役兆瓦级永磁直驱风力发电机为对象，计算考虑齿槽效应的气隙磁场分布，分析了空载和负载工况下磁饱和效应对气隙磁场分布曲线波形和谐波成分的影响，并与有限元计算结果对比，验证了所提出的分析模型和求解方法的有效性。