飞轮储能用高速永磁同步电机损耗分析与优化

飞轮储能由于效率高、无污染等优点得到了广泛应用。作为核心部件,高速永磁同步电机的损耗直接制约着电机转速,进而影响飞轮储能系统的性能。文章给出电机铁耗和永磁体涡流损耗的计算公式,分析两种损耗的影响因素。根据损耗分析给出电机的拓扑结构,介绍电机的绕组形式、极槽配比和转子结构。提出一种新型磁障设置方法,在定子轭部设置空气磁障,引入径向分段和Halbach充磁方式,给出三种新型电机拓扑。有限元仿真结果表明,磁障的设置显著降低了铁耗,但也使得永磁体涡流损耗上升。径向分段和Halbach均能大幅度降低永磁体涡流损耗,将径向分段与磁障相结合是降低损耗的有效方法。减少槽口宽度能降低永磁体涡流损耗,但其取值要综合考虑损耗与加工难度。     

高速永磁电机的永磁体和护套涡流损耗分析

应用于飞轮储能的高速永磁同步电机涡流损耗的研究对于电机可靠性具有重要意义。通过有限元仿真分别计算永磁体和护套中的涡流损耗,并重点研究高速电机护套材料电导率的不同对于高速电机转子涡流损耗的影响,以及永磁体与护套电导率的比值对转子总损耗的影响。结果表明:在选择护套时并不是导电率越小越好,只有当小于某个特定电导率时,总损耗才能降低;并且护套材料的电导率越大,其对永磁体中的涡流损耗的屏蔽效果越明显,护套材料电导率的大小,对损耗在护套和永磁体中的分布起了一定的分配作用。     

分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机转子损耗

针对损耗模型很难准确地计算转子损耗且三维有限元方法占用大量时间的问题,基于二维运动瞬态有限元法,研究了1台36槽42极单层分数槽集中绕组永磁同步电机在恒转矩区和弱磁区以最大转矩运行时的转子损耗,并且研究了高速工况下永磁体轴向分段数量、槽口宽度以及气隙厚度对永磁体损耗的影响。研究发现,在整个转速区间永磁体损耗占转子总损耗的90%以上;转速低于1 500 r/min时,转子铁心磁滞损耗高于涡流损耗,高于1 500 r/min时涡流损耗明显高于磁滞损耗。永磁体分段能明显降低永磁体涡流损耗;负载工况下改变槽口宽度,永磁体涡流损耗几乎没有变化;增大气隙厚度虽然能降低永磁体损耗,但是效果并不明显;同时,更改槽口和气隙厚度会使电感发生变化,并进而影响电机的运行性能。     

次谐波降低对分数槽集中绕组电机转子损耗的影响

研究了一种新型的绕组结构用于分数槽集中绕组永磁电机,该结构可以有效地降低绕组磁动势谐波,从而降低电机铁耗和永磁体涡流损耗。不同转子结构的电机,谐波的降低对转子损耗的影响程度是不同的。在考虑电机转子结构的情况下,将该绕组结构应用于不同结构的电机,分析谐波对转子损耗的影响。研究表明,对有利于谐波磁力线通过的结构,采用新型绕组结构,铁耗降低明显。永磁体涡流损耗降低程度不随转子结构的影响而变化。     

永磁体涡流损耗的分析

表面式永磁电机永磁体直接与气隙接触,变频供电时产生的较大含量谐波将在永磁体内产生一定的涡流损耗,且由于转子散热较差,将导致永磁体温升较高,容易造成永磁体发生不可逆去磁风险。因此对永磁体涡流损耗的研究有其必要性与重要性。文中针对影响永磁体涡流损耗较大的气隙长度、定子槽口宽度、气隙长度与槽口宽度的配合、永磁体削角等进行分析,通过合理选择电机结构尺寸来降低永磁体涡流损耗,并利用三维有限元法与解析法验证计算规律的正确性。     

高速永磁无刷电机转子护套周向开槽的有限元分析

转子损耗造成转子局部高温是高速永磁无刷电机的主要问题之一。高速永磁无刷电机的转子损耗主要包括风摩损耗和涡流损耗,而涡流损耗主要由转子金属护套损耗和转子永磁体损耗组成。该文采用有限元的方法分析研究高速电机转子护套开周向浅槽对转子涡流损耗、风摩损耗及温升的影响;同时,分析了转子护套开槽前后的转子护套应力变化情况。通过上述分析,证明在转子护套上开周向浅槽可以有效减小高速电机转子损耗、降低转子温升,且不影响转子护套强度。     

盘式永磁同步电机永磁体涡流损耗研究

由于永磁体中存在涡流损耗,这些损耗会以热量的形式散发出来,使盘式永磁同步电机(DPMSM)内部温度升高。当温度过高时,会引起电机运行性能降低。故针对永磁体涡流损耗进行深入研究,对DPMSM的性能提高及优化设计具有重要意义。利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,在三相正弦电流源驱动下求解电机永磁体电磁场分布;为减小永磁体涡流损耗,对永磁体进行不同方向分割,并对不同方向分割进行仿真对比,得出横向分割为3块效果最佳;在利用电磁屏蔽原理减小涡流损耗时,先对其可靠性进行验证,后利用MATLAB曲线拟合得出屏蔽层厚度的最优值。     

定子无铁心轴向磁场永磁电机永磁体损耗研究

针对定子无铁心轴向磁场永磁电机在不同驱动方式下,转子永磁体损耗会使永磁体温度升高,影响电机效率等性能,由于铷铁硼较低的居里温度,严重时甚至会导致永磁体过热退磁。本文采用有限元软件仿真研究了定子无铁心轴向磁场永磁电机在正弦波与方波驱动方式下的转子永磁体涡流损耗的变化,并分析了将永磁体多次分割在不同驱动方式下永磁体涡流损耗的变化规律;在分割永磁体的同时加入屏蔽层进一步影响涡流损耗的变化情况。结果表明,"分块+屏蔽层"的方式能大大降低转子永磁体的涡流损耗。     

永磁体分割降低永磁电机涡流损耗的分析和应用

永磁体分割可有效降低表贴式永磁同步电机(SPMSM)永磁体涡流损耗,且对电机性能影响最小。分析了永磁体轴向分割和圆周向分割与永磁体涡流损耗的关系,推导了SPMSM永磁体涡流损耗解析解。影响永磁体涡流损耗的因素,包括气隙磁密、齿谐波频率(转速和槽数)、齿距、永磁体电阻率和永磁体磁导率等。根据分析结果可知,永磁体圆周向分割对降低永磁体涡流损耗起主要作用,并通过试验验证了解析解的准确性。     

新型外转子低速直驱永磁游标电机的损耗

对一种新型自增速永磁游标电机的损耗情况进行了分析,重点分析了永磁体和铝壳中的损耗。在电磁损耗计算中采用二维时步有限元法,阐明了采用二维有限元法计算永磁体中涡流损耗的原理和注意事项,并通过三维有限元法检验了二维有限元计算永磁体涡流损耗的误差。分析了铝壳损耗的主要影响因素以及减小方法。空载计算损耗与实测损耗基本一致,验证了损耗计算方法的正确性。最后研究了不同负载情况下损耗的变化情况,以及温度对损耗的影响。