Halbach磁齿轮传动永磁同步电机分析研究

为了消除齿轮箱等机械传动系统的噪声,降低机械损耗,提出一种新型Halbach磁齿轮传动永磁同步电机。此电机将磁齿轮与永磁同步电机耦合在一起,永磁体采用分段式Halbach阵列。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁场分布,获得电机稳态转矩、空载感应电动势和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁齿轮电机进行对比分析。研究结果表明,Halbach磁齿轮传动永磁同步电机具有较好的转矩传输比、较少的感应电动势谐波含量和较小的齿槽转矩等优点,可提高系统工作效率。     

径轴向聚磁型永磁推进电机优化设计与分析

为了进一步实现永磁电机磁负荷和转矩密度的提升,提出了一种径轴向聚磁型永磁推进电机结构,转子永磁体在Halbach径向聚磁结构基础上进一步结合轴向延伸永磁体,实现了永磁磁场的径轴向聚磁。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,利用有限元分析了所提电机结构的电磁性能。首先对比分析了定转子等长结构、定转子不等长(overhang)结构输出性能,并对对称型overhang结构进行了参数化优化,有效提升了电机转矩密度。最后,利用三维有限元模型对比分析了径向overhang和径轴向overhang电机的电磁性能,结果发现径轴向overhang电机空载磁密提升了6%、输出转矩增大了1.3%、转矩脉动减少了0.4%,进一步验证了电机性能的优越性。     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

双磁场调制磁齿轮转矩能力增强特性分析

磁齿轮能够实现低速大转矩输出。为了进一步提高同轴磁齿轮的输出能力,提出一种双磁场调制磁齿轮拓扑结构。双磁场调制磁齿轮将传统的表贴式同轴磁齿轮低速转子侧的转子轭用辅助调磁环代替,结构上包含2个转子,2个调磁环和3层气隙。分析双磁场调制磁齿轮的工作原理,采用有限元法,对新增调磁环的尺寸进行了优化。对比分析双磁场调制磁齿轮和传统表贴式同轴磁齿轮的磁场分布和传动转矩。不同传动比下,双磁场调制磁齿轮的转矩能力普遍高于传统表贴式同轴磁齿轮。当传动比为7.5时,双磁场调制磁齿轮的低速转子最大输出转矩达到70.81N·m,与相同尺寸的传统表贴式同轴磁齿轮相比,转矩能力提升了54%。稳定运行时,双磁场调制磁齿轮的低速转子转矩脉动有所增大。     

新型双方向激磁轴向磁齿轮的设计与研究

永磁齿轮是一种没有物理接触的齿轮,具有传统机械齿轮不具备的优点。双方向永磁体激磁的轴向永磁齿轮属于磁场调制式永磁齿轮的一种,为了充分利用装置的内部空间,加装了轴向激磁的永磁体,同时研究开发了一种特殊结构的调磁环,该调磁环结构充分考虑了永磁体的端部漏磁,对端部漏磁加以利用,调磁环同时对轴起到支撑作用,可以很好地解决装配问题。另外用有限元法对新结构的永磁齿轮进行了优化,仿真计算结果显示,新结构的永磁齿轮转矩传递平稳可靠。     

聚磁式永磁轮毂电机多目标优化设计

集成二级行星减速器轮毂驱动系统对电机电磁和力学性能提出了更苛刻需求。为进一步提升永磁轮毂电机转矩密度和弱磁范围,提出一种聚磁式永磁轮毂电机拓扑结构,分析转子关键参数对转矩密度、弱磁能力和转子强度的影响规律,确定电机初始优化目标;进一步利用有限元及响应面法构建输出转矩、特征电流及转子应力的代理优化模型,并利用改进布谷鸟算法进行多目标优化设计;对比分析优化前后电机电磁和机械性能。最后,试制75 kW聚磁式永磁轮毂电机,试验结果验证所提多目标优化算法的可行性和有效性。     

减小转矩波动的内置式永磁同步电机空气隔磁槽优化设计

内置式永磁同步电机转矩波动的存在影响电机系统的控制精度,因此如何减小电机转矩波动一直是研究热点。针对具有隔磁桥结构的内置式永磁同步电机,本文提出了一种减小内置式永磁电机转矩波动的空气隔磁槽优化设计方法,即以降低电机转矩波动为优化目标,以空气隔磁槽结构几何参数为优化变量,基于Taguchi法实现了内置式永磁同步电机低转矩波动设计。在此基础上,对优化前后电机空载和额定负载工况进行了有限元仿真对比分析。结果表明,所提出方法可以在保持额定输出转矩不变的前提下有效降低电机空载齿槽转矩和负载转矩波动,提高电机的性能。     

高转矩密度的聚磁Halbach少极差磁齿轮设计与优化

少极差磁齿轮具有无接触无磨损、转矩密度高、传动比高等优点,有望在工业应用领域替代现有机械减速箱,实现高可靠高寿命传动.在传统表贴式少极差磁齿轮结构的基础上,为提高转矩密度同时便于磁钢安装,提出聚磁Halbach少极差磁齿轮,通过有限元分析软件,采用双控制变量法分析了新型拓扑的各结构参数与输出转矩的关系,根据分析结果对初...     

表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。     

基于稀土永磁的同心式电磁齿轮研究

研究一种稀土永磁同心式电磁齿轮结构(REPCEMG),该结构定子绕组可取代同心式永磁齿轮的永磁外转子,不仅取消了一层永磁体,而且还具有无级调速特性。基于ANSYS环境,建立REPCEMG仿真模型,给出REPCEMG齿槽转矩及各参数值的初步确定方法,利用控制变量法对永磁体厚度、气隙厚度、调磁极块厚度及调磁极块占空比等参数与转矩密度关系进行仿真分析,并对上述参数逐一优化。结果表明,优化后的输出转矩较优化前提升了15. 1%,而转矩波动幅值则降低了27. 5%;优化后的输出转速继续稳定在96. 7 r/min附近,其波幅较优化前降低35%,优化后的各参数值可使REPCEMG性能得以大幅提高。     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

永磁转子多自由度电机可实现输出轴的多自由度运动,简化电机机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。该文提出了一种蝶形永磁转子偏转式三自由度电机,基于有限元法建立了该电机的三维有限元模型,对电机转子磁场的分布进行了计算和分析,并与解析模型的计算结果进行了对比验证。在此基础上,计算并分析了该电机的自转转矩和偏转转矩,并与鼓形永磁转子偏转式三自由度电机的磁场和转矩进行对比分析,结果表明蝶形永磁转子偏转式三自由度电机可增大气隙磁通密度和自转转矩的幅值,有效改善和提高偏转转矩的幅值,并增加偏转运动的范围。最后,对样机进行了测试,并将实验结果与有限元及解析模型的计算结果进行了对比验证。     

电动车用外转子永磁无刷直流电动机的研究

本文介绍电动车用高效外转子钕铁硼永磁无刷直流电动机。电机直接装于车轮产生转矩，取消差动齿轮和变速器，减小功消耗和提高效率。通过电磁场理论分析，也介绍了减小力矩波动的方法和无刷电机弱磁控制概念。     

新型永磁复合电机研究

永磁无刷电机内嵌到同心式磁性齿轮中,形成新型永磁复合电机。电机为内定子外转子结构,外转子输出低速大转矩,适合直接驱动。采用数值解析结合法计算复合电机磁场,电机三层气隙区域无网格剖分,内外转子可自由转动,方便感应电动势计算。电动势计算波形和实验波形比较,取得很好的一致。     

Performance Evaluation of an Axial‐Type Magnetic‐Geared Motor

This paper first proposes an axial‐type magnetic‐geared motor that uses permanent magnets only in the high‐speed rotor. The operating principle of this motor is described and the torque–speed characteristics are computed by using three‐dimensional finite element method analysis. In order to increase the torque density, a novel axial‐type magnetic‐geared motor with permanent magnets on the high‐speed rotor and stator is also proposed. The torque–speed characteristics are compared to the original model with permanent magnets only on the high‐speed rotor. Finally, the computed torque–speed characteristics are verified against measurements on a prototype.     

Expansion of operating limits for permanent magnet motor by currentvector control considering inverter capacity

The current vector control method of PM (permanent magnet) motors is examined to expand the operating limits associated with inverter capacity. This control method is optimum in the sense of deriving maximum output torque within the voltage and current constraints. The effects of motor parameters are examined by computer simulation. The operating limits are greatly expanded by controlling the d- and q-axis components of the armature current according to the rotor speed. The operating limits are examined considering the demagnetization of the permanent magnet. If the permanent magnet has a straight demagnetization curve, like a rare-earth permanent magnet, the PM motor can be safely operated until the demagnetizing coefficient becomes 1.0. If wide speed range or constant power operation is desirable, a permanent magnetic with a high coercivity and a linear demagnetization curve must be used for the PM motor     

Cogging Torque Characteristics of a Magnetic‐Geared Motor

This paper describes the cogging torque characteristics of a magnetic‐geared motor with permanent magnets only on the high‐speed rotor. The operational principle, which is different from that of the magnetic‐geared motor with permanent magnets on the high‐speed rotor and stator, is described. The torque characteristics, especially the order of the cogging torque, are mathematically formulated and verified by conducting 3D finite element analysis and carrying out measurements on a prototype. A novel cogging torque reduction method is proposed and verified as well.     

一种Halbach磁体结构同心磁力齿轮传动装置的设计和实现

提出了一种使用Halbach磁体结构产生磁场,并对磁场进行调制的同心磁力齿轮传动装置。该传动装置由机壳、安装在机壳内腔的悬臂式的外转子和内转予组成。内、外转子永磁体之间有调磁环。调磁环由铁心块组成,并固定在机壳的端板上。磁体结构采用Halbach阵列,得到的气隙磁密接近正弦分布。对样机测试后表明,该装置取得了较好的正弦磁场分布、稳定的转速比值和较高的传动效率。     

新型外转子磁齿轮复合电机的设计与研究

提出一种新型外转子磁齿轮复合电机,该电机将磁齿轮和无刷直流电机进行整合,电机的外转子和磁齿轮的内转子共同构成复合电机的内转子,实现了低速大转矩的直接驱动方式,同时充分利用了磁齿轮的内部空间,从而提高了整个传动系统的效率。采用时步有限元法对复合电机的磁场进行分析,充分考虑了谐波磁场的相互耦合问题,并得出复合电机的相关动态特性。这些特性揭示了复合电机非常适合与低速大转矩的直接驱动场合,但是不适合于对舒适度和位置精度要求较高的场合。制造了一台1 200 W原型机,并对原型机进行试验,验证了电磁理论分析结果的正确性。     

Electromagnetic Design and Analysis of a Novel Axial-Transverse Flux Permanent Magnet Synchronous Machine

This paper analyzes a novel hybrid axial-transverse flux permanent magnet (PM) synchronous motor achieving high torque density. The stator pole pitch and the rotor pole pitch are the same. The motor is suitable for vehicle traction systems. The new axial-transverse machine has a single-sided or double-sided air gap. The machine has two adjacent quasi-U stator cores with ring-type winding, and the rotor has two PM groups, one outer and one inner. The shape of quasi-U stator core allows changing the flux path without changing power supply polarity. The analytical expressions of the no-load back-EMF and the torque are derived, after the development of 3-D magnetic equivalent circuit (MEC) model. The 3-D finite element method (FEM) is used to analyze the magnetic field, torque, and cogging torque for different skewings of the PMs.