轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。     

新型混合励磁同步电机的数学模型与等效分析

为改善高速永磁电机磁场调节困难的问题,提出一种新型混合励磁电机,转子上既有永磁极又有铁心极,磁路呈现典型的径向、周向和轴向三维特性,难以直接用解析法求取电感参数。根据新型混合励磁电机的磁路特点,提出一种等效分析方法,将复杂磁路的混合励磁电机等效为三种二维磁路电机轴向并列叠加。为了提高新型混合励磁电机电磁设计与性能分析的效率,推导了其数学模型与电感参数表达式。对一台10 k W混合励磁原理样机进行了有限元分析与实验研究,结果验证了所提数学模型与等效分析方法的正确性,为该类电机的设计和优化提供了理论支撑。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

切向磁钢混合励磁同步电机空载磁路计算及三维场分析

提出一种新结构切向磁钢混合励磁同步电机,分析其结构特点和运行原理。结合该新型电机径/轴向磁路特点,建立了空载等效磁路模型。通过求解非线性磁路方程,计算得到不同励磁磁势下径向与轴向磁路的磁通分布、主气隙磁密、空载感应电势。利用三维有限元法,研究了轴向磁路对径向磁路的影响,从而明晰主气隙磁场随励磁磁势的变化关系,与磁路法计算结果和理论分析是一致的,表明电机气隙磁密高、气隙磁场可调。所建立空载磁路模型及三维有限元分析方法为该新型电机的优化设计、性能分析以及负载特性进一步研究奠定了基础。     

永磁偏置径向-轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计

介绍了永磁偏置径向－轴向磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算，得出了最大承载力的条件和数学表达式，给出了参数设计和计算方法，最后给出了一个设计例子，并用有限元进行了仿真验算。理论研究和仿真分析表明：永磁和励磁径向－轴向磁轴承结构合理紧凑、占据轴向长度小、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。     

磁极分割型混合励磁电机等效磁路法分析

针对转子磁极分割型混合励磁电机结构的特点,分析导出该结构通用的等效磁路模型,并计算出其主要性能,最后用三维有限元方法对一台径向式结构的样机进行分析计算。磁路分析与有限元计算结果基本吻合,验证了等效磁路分析方法的有效性。     

磁极分割型混合励磁电机等效磁路法分析

针对转子磁极分割型混合励磁电机结构的特点，分析导出该结构通用的等效磁路模型，并计算出其主要性能，最后用三维有限元方法对一台径向式结构的样机进行分析计算。磁路分析与有限元计算结果基本吻合，验证了等效磁路分析方法的有效性。     

新型非对称交错混合励磁同步电机等效磁路法分析

分析了一种新型非对称交错混合励磁同步电机的结构特征与工作原理.针对电机结构的特点,详细分析并推导出其等效磁路模型,并计算其主要性能.制作了一台1 kW、8极样机,采用三维有限元方法对样机在不同励磁磁势时的空载磁场分布及每极气隙磁通进行了分析计算,最后给出了实验结果.结果表明,等效磁路分析、有限元分析和实验结果三者比较吻合,验证了等效磁路分析方法的有效性,研究工作对于电机的前期设计与分析具有重要意义.     

基于定子永磁拓扑的混合式步进电机二维等效模型构建方法

齿层比磁导法和三维有限元法是目前分析混合式步进电机的主要方法。然而,齿层比磁导法难以考虑铁心叠片间绝缘层磁阻对永磁磁场轴向非均匀分布的影响、计算精度较差,三维有限元法计算过程复杂、耗时较长,为此提出一种基于定子永磁拓扑的二维等效模型构建方法及其二维有限元分析。该方法通过电机结构等效变换和轴向分段将混合式步进电机转子永磁三维模型等效变换为定子永磁二维模型,并采用对三维模型、二维模型分别进行一次空载有限元静态仿真的方法确定二维等效模型参数,能够考虑永磁磁场轴向非均匀分布的特性,具有模型建立简便、计算精度高、耗时少的优点。通过三维有限元仿真验证了该方法的可行性和准确性。     

基于变网络等效磁路法的双凸极电机电感参数变化规律的分析

双凸极电机是一种新型的电机,它的电感参数对分析它的基本理论和运行特性至关重要。本文对三相电励磁的双凸极电机建立变网络等效磁路模型。在考虑励磁磁场和电枢磁场相互作用以及磁路饱和的基础上,利用该方法可以计算在任意转子位置、任意电枢电流、任意励磁电流下任一绕组自感和绕组之间互感。该计算结果和电磁场有限元分析结果进行比较,验证了该方法的正确性。最后,得到了不同情况下该电机电感参数变化的一般规律。     

混合励磁爪极同步电机磁路结构及其调磁性能

在分析轴向/径向磁路混合励磁同步电机磁路与性能优缺点的基础上,提出了四种新结构轴向/径向磁路混合励磁爪极同步电机。详细分析了这四种电机的拓扑结构及磁路,给出相应的磁路图。采用三维有限元技术计算了不同励磁电流时电机气隙磁通。分析与计算结果表明,所提出的四种结构的混合励磁爪极同步电机,均具有较好的调磁性能,其中非对称交错永磁电机的弱磁和增磁性能最好,可满足宽调速同步电动机的需要。     

基于变网络等效磁路法的双凸极电机电感参数变化规律的分析

双凸极电机是一种新型的电机,它的电感参数对分析它的基本理论和运行特性至关重要.本文对三相电励磁的双凸极电机建立变网络等效磁路模型.在考虑励磁磁场和电枢磁场相互作用以及磁路饱和的基础上,利用该方法可以计算在任意转子位置、任意电枢电流、任意励磁电流下任一绕组自感和绕组之间互感.该计算结果和电磁场有限元分析结果进行比较,验证了该方法的正确性.最后,得到了不同情况下该电机电感参数变化的一般规律.     

基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计

针对双转子单定子模块化轴向永磁电机的磁场和性能计算,基于等效磁路法提出一种快速计算模型,探讨了定子内外径、永磁体轴向长度、气隙长度等参数对电机损耗和效率的影响。针对一台30k W定子模块化轴向永磁电机进行了效率优化设计,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机气隙和定子齿的磁通密度波形、感应电动势等。该模型考虑了磁路饱和、电枢反应、漏磁通以及定转子相对运动的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了模型的正确性与优化设计的有效性。     

新型切向/径向磁路并联混合励磁同步电机

提出一种新型切向/径向磁路并联混合励磁同步电机,详细介绍该电机的基本结构特点和工作原理。根据电机特殊的切向/径向磁路特点,建立其等效磁路模型,研究电励磁磁势对永磁体工作点的影响。利用二维有限元分析法,获得了该电机在不同励磁条件下的磁场分布情况及相关静态特性,仿真分析表明:该电机可方便地实现气隙磁场的完全调节与控制,且其并联磁路的特点能形成显著的聚磁效应。样机实验结果验证了该电机在电磁设计及仿真分析上的正确性,也证明了该方案的可行性及实际应用价值。     

基于模型变换的混合式步进电机静态特性仿真分析方法

混合式步进电动机磁场分布主要有3个特点:内部径向磁场和轴向磁场并存,磁路呈三维分布;磁路局部饱和现象严重,导致电机特性呈现非线性特性;气隙以及邻近部位磁场变化剧烈。采用有限元算法进行计算时,需要建立电机的三维模型,剖分网格要足够精细,尤其是电机气隙以及齿层部位的剖分网格须特别精细,导致电机模型的剖分文件过大,容易发生计算机内存溢出,也延长了计算时间。因此,常规的三维有限元计算方法对混合式步进电动机不甚适用。另一方面,气隙比磁导法和齿槽比磁导法等基于磁路计算的工程方法运算速度快,但精度偏低,尤其是在磁路发生严重饱和的情况下。因此,有必要在保证计算精度的前提下,采用必要的简化措施对混合式步进电动机进行分析。该文以一台两相混合式步进电机为例,提出通过模型等效变换的方法来获得二维等效模型,通过二维有限元软件对其静态特性进行计算,并将计算结果进行后处理(即模型反变换),实现原电机的性能仿真。仿真结果与实测结果基本一致,证明了基于模型变换的仿真分析方法的可行性与准确性。     

单相串励电动机稳态和瞬态性能分析

分别采用等效磁路法和瞬态有限元法,分析与研究了一台食物搅拌机用单相串励电动机稳态性能和瞬态性能。首先给出了该电机等效电路和等效磁路,采用等效磁路法得出电机稳态性能参数。然后采用二维瞬态有限元法优化定子结构,得出电机输入电流、电磁转矩和输入功率等瞬态性能参数以及电机起动过程曲线。为精确获得铁耗,对铁耗进行分解,用二维瞬态有限元法计算得到各项铁耗,并与三维瞬态有限元法计算结果进行比较。最后对电机进行性能测试。电机实测结果与计算结果的一致性验证了计算结果的正确性。     

基于Ansoft的新型开关磁阻电机磁路的有限元分析

针对传统开关磁阻电机的输出转矩脉动较大的情况,改进了电机的结构,提出在定子上加入永磁材料,使得电机成为混合励磁电机。通过励磁绕组来改变永磁材料的磁路,并使得其磁路成为轴向磁路,这样使得磁路更短,同时输出转矩更大。运用有限元分析软件Ansoft对新型开关磁阻电机进行了静态特性分析,着重分析了电枢电流、电枢截面积、气隙宽度、永磁体厚度、永磁材料对电机的转矩的影响。计算出电机转矩脉动随电枢电流和永磁体厚度的变化趋势,得到了电机转矩最大条件下的结构参数,对开关磁阻电机的改进具有一定指导意义。     

交错磁极混合励磁电机漏磁系数计算与分析

混合励磁变速恒压风力发电机具有交错磁极转子结构,对整机进行三维电磁场漏磁分析耗费大量时间和计算内存,为此提出一种二维和三维电磁场混合计算方法。将该电机沿轴向分为永磁电机部分和混合励磁电机部分,采用二维电磁场对永磁电机部分进行分析,而对于混合励磁部分则采用三维电磁场进行分析,采用该方法较传统整体三维有限元方法显著提升了分析效率。研究了两部分的磁通分布规律和漏磁路径的差异,并对整机的漏磁系数进行计算,在此基础上研究两部分不同配比情况下的漏磁系数变化规律。最后,采用一台10 kW样机进行空载反电势测试,验证方法求解漏磁系数的准确性,为此类混合励磁电机研究提供理论参考。     

考虑端部效应的永磁直线电机等效磁路模型

为了提高永磁直线电机的仿真速度,提出了一种考虑端部效应的改进等效磁路模型。首先,不包括直线电机端部齿,交链每个初级齿的磁场被划分为4个磁路支路,分析了支路参数的周期性;其次,通过比较磁力线的长度,将永磁极之间的漏磁通与主磁路分离,建立了单独的漏磁磁路;最后,通过分析有限元方法获得的端部磁场,构造了2条附加支路,建立了直线电机的等效磁路模型,并进行了简化。等效模型考虑了齿槽效应、磁饱和和电枢反应,并在电机运行时保持拓扑结构不变,只需改变支路参数。以8极9槽永磁直线电机为例,通过与二维有限元仿真结果进行比较,验证了所提模型的有效性。     

无铁心轴向磁通永磁电机的磁场解析计算

轴向磁通永磁电机磁场呈三维结构且磁路复杂，采用有限元法求解电机的气隙磁场将会耗费大量的建模及仿真时间，针对该问题，采用解析法对电机的空载磁场进行计算，通过将电机沿径向分成多个截面，使三维的轴向磁通电机等效为多个二维直线电机的组合体，在直角坐标系中求解拉普拉斯方程，得到矢量磁位，代入边界条件对磁场进行求解。计算电枢反应磁场时，采用多层电流片法进行求解，与有限元仿真结果对比，验证了解析法的可行性，提高了无铁心轴向磁通永磁电机磁场计算和电机参数设计的速度。