永磁电机转子强度接触有限元分析

永磁电机转子强度计算的难点在于电磁场产生的电磁力与边界接触力的耦合作用的计算.本文应用有限元分析软件Ansys,通过二维电磁-结构耦合场对永磁电机转子强度进行求解,获得了在计及电磁耦合作用条件下的永磁电动机转子强度计算结果,并得出了电机转子的应力分布情况,为此类电机设计提供了参考.     

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。     

无轴承永磁薄片电机不同转子结构的对比研究

转子结构影响电机的气隙磁通密度,从而影响无轴承永磁薄片电机可控性、转矩脉动以及径向悬浮力等性能。本文从无轴承永磁薄片电机不同的永磁转子结构(表贴式、表面嵌入式、Halbach阵列以及平行充磁环形转子)出发,对其机械强度、磁场分布等进行对比分析。基于麦克斯韦张量法提出了无轴承永磁薄片电机在任意极对数下的数学模型,运用Ansoft对其计算精度进行验证分析,并对具有不同永磁转子结构的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力与悬浮力绕组电流之间的关系进行对比分析,得到不同永磁转子结构的优缺点。样机试验验证了仿真结果的正确性,研究结果对无轴承永磁薄片电机转子的参数优化设计具有参考价值。     

整体转子结构永磁屏蔽电机的设计与优化

通过对双凸极永磁电机的分析,设计了一款用于管道屏蔽电泵的小功率整体转子结构永磁屏蔽电机。在此基础上,为了提高永磁屏蔽电机的效率,对该电机进行了优化设计。设计的电机为整体永磁转子,极弧系数为1,无转子铁心,且对定子结构进行了漏磁分析与设计。由于经验公式法无法精确计算涡流损耗,为此采用三维瞬态有限元方法分析计算了定转子屏蔽套的涡流损耗,并对该永磁屏蔽电机的性能进行了分析。然后采用拟牛顿法对该永磁屏蔽电机进行优化分析,使得在满足一定的约束条件下,效率达到最大值。最后制作了样机,样机实测结果验证了计算结果的正确性。     

基于Matlab的永磁同步双定子/双转子电机直接转矩控制的仿真建模

在MATLAB仿真环境下,对永磁同步双定子/双转子电机的直接转矩控制进行了建模与仿真;详细介绍了各个仿真模块,并分析研究了电机运行结果。其结果对在混合动力电动汽车中开发永磁同步双定子/双转子电机的直接转矩控制系统具有重要意义。     

Halbach磁体结构的外转子永磁电机设计分析

介绍了halbach磁体结构的优点,给出了基于halbach磁体结构的外转子永磁电机的基本模型。通过有限元分析,比较了halbach磁体结构与普通磁体结构的外转子永磁电机,验证了halbach磁体结构外转子永磁电机优越性,并提出其作为直接耦合风力发电机的可能性。     

双转子无铁心永磁同步电动机的设计与仿真

提出了一种能提高电机转矩密度和效率的双转子无铁心永磁同步电动机。分析了该电机的基本原理、结构和特点。设计了一台样机,并用有限元分析方法对电机的空载和额定负载性能进行了仿真,并与同功率的常规永磁电机进行了对比。仿真及对比结果证明了设计方案的可行,电机性能良好,对同类的双转子无铁心永磁同步电动机设计提供一定的参考。     

高速永磁电机转子设计与强度分析

文中介绍了高速永磁电机的设计特点，重点论述了永磁材料和转子结构型式的选取、主要尺寸的确定与转子强度的分析和计算方法。目前永磁电机多采用烧结钕铁硼永磁材料，其抗压强度较大而抗拉强度很小，永磁体难以承受转子高速旋转巨大离心力产生的拉应力，必须在永磁体外设置高强度非导磁防护套，采用过盈配合给永磁体施加一定的预压力。文中介绍了采用解析法和数值分析有限元法进行高速永磁电机转子强度分析的实用技术，并给出了对一台额定转速为60000r／min的高速电机永磁转子强度的分析计算结果。     

实心转子永磁同步电机的时步有限元分析

设计了一种实心转子永磁同步电机,并提出了适用于该类电机的场路耦合运动时步有限元分析方法,解决了实心转子电机中转子电阻难以准确计算的问题。该方法考虑了转子电阻随转差的变化,给出了外电路与电磁场耦合的时步有限元分析方法,采用运动气隙边界法解决转子运动问题,与机械运动方程相结合,对电机的瞬态过程进行仿真。应用上述方法对自行设计的22kW实心转子永磁同步电机的性能进行分析,空载反电动势和起动转矩的计算结果与样机的实验结果吻合较好,表明本文提出的方法准确有效,并可用于其他类型的实心转子电机的性能分析。     

新型复合永磁同步电机的设计与分析

提出了一种新颖的永磁同步电机,它将外转子式旋转永磁同步电机与盘式永磁同步电机结合起来,充分利用了电机内部的有效空间,提高了电机的电磁转矩与体积比。介绍了复合永磁同步电机的原理和样机设计,用有限元方法分析了这一结构形式电机的电磁场和电磁转矩。与相同外形尺寸下的外转子式旋转永磁同步电机进行了对比,分析了复合永磁同步电机的优缺点。样机的试验结果证明了电机设计的合理性。     

2kW直驱式永磁同步风力发电机设计与仿真

针对现有永磁风力发电机结构存在的不足,分析设计了一种新型直驱式永磁同步风力发电机。应用磁路法对电机进行了电磁设计,初步确定了电机的主要尺寸参数;采用有限元数值方法分析了其空载和负载情况下的磁场分布规律,获得了永磁同步发电机的电磁特性,验证了电磁设计的正确性。     

自起动永磁同步电机起动过程电枢反应退磁分析

为了研究自起动永磁同步电机起动过程中电枢反应引起的永磁体退磁,采用场-路-运动耦合的时步有限元法,分析了自起动永磁同步电机起动过程中,电枢同步旋转磁场和转子永磁磁场的相对空间位置角δ与电枢电流幅值对永磁体工作点磁密的影响,得到了不同负载条件下的电枢反应退磁特点.结果表明:当相对位置角δ=π时,电枢磁场对永磁磁场的去磁作用较大,永磁体平均工作点磁密较低,且负载系数越大,永磁体经历δ=π时刻的次数越多,永磁体磁密多次出现较低点,永磁体退磁几率变大;起动过程中随着转速升高,电枢电流幅值减小,在接近同步速的δ=π时刻,永磁体磁密出现最低点,电枢反应退磁较严重.     

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场和推力解析计算

介绍了一种基于标量磁位分离变量法(圆柱坐标)的径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场解析计算方法。利用该解析法理论分析了无槽电机的气隙磁场,得到了气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果;同时对有槽电机引入了卡特系数并利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数,得出了径向磁通密度的解析表达式;此外,文中还利用解析法计算了无槽电机的推力;通过有限元数值算法对磁场和推力进行计算,结果表明,该电机气隙磁场及电磁推力的两种计算方法的结果误差很小,验证了解析法的正确性和实用性。最后给出了无槽型实验样机的径向磁场分布以及电机额定负载时的推力实验结果,验证了样机分析和设计的正确性。     

一种表面-内置式永磁转子同步电机三维全域温度场分析

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)具有结构紧凑和功率密度高的特点,准确计算SIPMSM各部件的温度分布非常重要。采用电磁场-温度场耦合分析的方法对SIPMSM的三维全域温度场进行计算。建立SIPMSM的电磁场和温度场有限元模型,分析在同步运行速度下负载和永磁体退磁对SIPMSM三维全域温度场的影响,也分析了在额定负载下运行速度对SIPMSM三维全域温度场的影响。通过仿真与实验结果的对比分析,验证了样机模型的合理性和计算结果的正确性。     

永磁直流电动机气隙磁场的解析计算

换向性能计算因气隙磁场的复杂性而成为永磁直流电动机设计计算的难点之一。本文考虑电刷偏移的影响, 建立了空载磁场和电枢反应磁场的计算模型, 导出了电枢表面气隙磁场的解析表达式, 据此进行换向性能计算, 使这一问题的解决成为可能     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

新型直驱永磁风力发电机电磁场数值分析

以新型直驱永磁风力发电机为研究对象,在完成采用XLPE高压电缆作为定子绕组的1.5 MW/10.5kV内转子新型直驱永磁风力发电机电磁设计的基础上,在Ansoft Maxwell环境下建立发电机二维模型,对发电机各个工况下的电磁场进行有限元仿真与分析,包括静态空载、额定负载、不对称短路故障情况,对发电机永磁体在出线端突然三相短路时受冲击电流影响是否会发生局部失磁进行分析,验证新型永磁风力发电机电磁设计的可行性。结果表明,新型风力发电机与传统永磁风力发电机电磁场分布规律一致,且其额定电压高,绕组电流密度较小,额定负载与单相短路情况下永磁体磁场受电枢磁场影响较小,铜耗和铁耗也较小,同时在极端短路情况下永磁体局部不会出现永久性退磁,设计方案可行。     

分数槽永磁同步直线电机空载气隙磁密解析

以分数槽永磁同步直线电机(FPMSLM)为研究对象,利用解析法推导其空载气隙磁场解析式,并用有限元法进行验证。推导了FPMSLM定转子整体耦合长度下的空载气隙磁场解析式。以2台分数槽永磁同步单元电机为例,同时用解析法和有限元法对其定转子不同相对位置下的空载气隙磁场进行计算,2种方法得出的空载气隙磁密波形具有良好的吻合性,验证了解析法计算FPMSLM空载气隙磁场的可行性,并为FPMSLM空载气隙磁场的优化提供理论支持。     

基于FPGA及μC／OS-Ⅱ的高精度磁铁电源数字控制器

针对中国散裂中子源CSNS/快循环同步加速器RCS磁铁电源的串联谐振式特殊负载及指标,提出了一种基于FPGA及嵌入μC／OS-Ⅱ实时操作系统的新型数字控制器设计方案,介绍了其中关键的数字PID算法,基于以上数字控制器试制了一台全数字CSNS磁铁电源样机。现场试验结果表明,该方案满足了CSNS快循环同步加速器磁铁对电源的极高要求。     

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。