开关磁阻电机绕组气隙建模及最佳气隙宽度确定方法

针对开关磁阻电机定子槽内双绕组间因存在不规则气隙而导致其温度场分析建模困难的问题,提出一种双绕组气隙的改进建模方法。分析了电机双绕组间气隙总截面积的计算方法,研究了双绕组气隙的模型结构与最佳气隙宽度的确定方法,在此基础上建立了开关磁阻电机的三维有限元模型,并采用有限元法对其温度场进行了分析,得到开关磁阻电机的温度场分布,通过对不同气隙宽度下的温度场分析并采用数值拟合方法得到其气隙宽度与相应温度间的函数关系,利用该函数关系及相应的实测温度值,即可得到双绕组气隙模型的最佳气隙宽度,该方法因有效提高了开关磁阻电机温度场分析结果的准确性,因而具有较好的应用价值。     

永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计

以额定功率为60 k W永磁同步电机(PMSM)为研究对象,采用气隙等效导热系数处理定转子间的热交换问题。给出散下线定子绕组的等效热模型。在进行绕组铜耗计算时考虑温升对定子绕组阻值的影响,试验测定壳体与定子铁心间因装配间隙而产生的热阻值。在此基础上建立PMSM三维全域瞬态温度场有限元模型,计算电机在峰值转速运行时的温度场变化,并进行试验验证。对水道宽度比、水道数和翅片进行优化计算,找出最优解。结果表明,水道优化后电机最高温度下降9.8℃,对电机水道结构设计具有一定的指导意义。     

复合笼条转子感应电动机温度场计算及相关性分析

建立电机定子绕组等效热模型,通过对电机定转子之间气隙热传递关系的确定,给出了定转子之间的热交换问题的解决方法。以此为基础,建立复合笼条转子感应电动机(induction motor with compound cage rotor,IMCCR)电磁场和全域温度场二维有限元模型,通过电磁场与温度场的单向弱耦合,计算电机额定负载和不同负载时电机定转子全域稳态温度场,分析定子绕组温度及转子槽的温度,通过与实验结果的对比,验证了该电机温度场计算模型的合理性以及计算结果的正确性。研究转子槽中使用不同电阻率和磁导率材料时的电机温度场,分析不同材料特性对电机温度场分布的影响,对指导电机的优化设计具有重要意义。     

交流主动磁轴承温度场分析与正交试验结构优化设计

针对交流主动磁轴承在高速旋转时,温度过高,影响到系统稳定性这一问题,提出了采用三因素三水平的正交试验设计方法,在满足静态悬浮力和最大悬浮力性能要求的前提下,研究了交流主动磁轴承的结构参数优化设计方法,给出了关于温度的最佳参数水平组合。利用定子绕组线圈的等效导热模型,降低了计算难度;解决了定转子之间的气隙热交换问题;给出了定子线圈绕组传热途径,建立了等效热路图模型,合理处理了温升对线圈绕组阻值的影响,并计算了定子磁极绕组的等效体积,在此基础上得出了准确的线圈铜耗的生热率。对温度场和热损耗进行分析,给出了径向主动磁轴承三维全域温度场模型。仿真结果表明合理的参数选择可以降低磁轴承的整体温度。     

异步电动机定子全域三维温度场物理模型简化研究

提出建立全封闭风扇冷却电机定子全域三维温度场模型的新思路。理论分析和实际测量相结合来确定散热系数,合理处理了槽内绕组与槽绝缘之间复杂的散热过程,建立端部绕组的有限元计算模型,从而建立全封闭风扇冷却电机定子全域三维温度模型。应用该模型计算了电机额定负载时定子的稳态温度场,以及最高温度点温度随时间变化的规律。实验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的准确性。为准确进行电动机热保护提供了依据。     

感应电动机定转子全域温度场数值计算及相关因素敏感性分析

提出了针对无轴向通风冷却电机温度场计算的新思想，合理处理了电机定子与气隙之间以及转子与气隙之间复杂的对流散热过程， 妥善解决了定、转子之间的热交换问题。给出了散下线定子绕组的等效热模型，简化了计算难度并且节省了计算时间。在此基础上建立了笼型感应电动机定、转子全域温度场二维数学模型和二维有限元计算模型。计算了电机额定负载运行时定、转子的稳态温度场以及气隙温降；实验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。在该温度场计算模型的基础上，分析了电机温度场对定子铜耗、散热翅高度以及定子绕组浸渍质量等相关因素的敏感性，为电机优化设计奠定理论基础。     

感应电机运行时的定子温度场分析与计算

根据中小型电机的结构特点,给出了定子绕组等效导热系数的计算方法,计算了气隙和散热翅的对流换热系数,并以一台小型感应电机为例,建立了定子二维温度场的泛函方程,采用有限元法计算了空载和额定负载运行时电机的温度场.通过把数值计算的结果与实测值进行比较,验证了所采用计算模型及方法的合理性,为准确计算中小型感应电机定子温度场提供了帮助,得出一些有益的结论.     

异步牵引电动机定子温度场的计算与分析

根据异步牵引电动机的结构特点,给出了定子绕组等效导热系数的计算方法,计算了气隙和散热翅的对流换热系数,并以一台异步牵引电动机为例,建立了定子二维温度场的泛函方程,应用Ansys有限元软件计算了异步牵引电动机在空载和额定负载运行状态时的温度场.仿真结果与实际测量值进行比较,验证了所采用计算模型及方法的合理性,为准确计算异步牵引电动机定子温度场提供帮助,得出一些有益的结论.     

表面式永磁电机气隙磁场分析

针对表面式永磁电机齿槽结构复杂,应用传统许克变换法很难精确计算电机磁场分布的问题,将表面式永磁电机气隙磁场分为定子绕组和永磁体产生的气隙磁场两部分.应用许克变换工具箱将电机不规则空气间隙转化为几何上简单区域,分析电机定子绕组产生的气隙磁场.将永磁体等效为线电流,借助许克变换工具箱分析永磁体产生的气隙磁场.将定子绕组和永...     

采煤机用牵引电机发热与传热耦合研究

采煤机用牵引防爆型水冷电机受安装空间限制,功率密度大、电磁负荷高,发热严重,针对其特殊结构及换热机理,建立了发热和传热耦合模型,给出了水套内外的对流换热系数的确定方法,采用有限体积法对电机的定转子及冷却水套的温度场进行了计算分析。计算结果与试验数据对比证明所建耦合模型可真实模拟电机实际传热机理。结果表明电机转子近似为等温体,气隙的热阻使得其温度远高于定子。而电机定子温度最高处位于上层绕组靠近槽楔处。调整冷却水的流速和水套结构对电机的温度分布有较大影响,适当的水速和水套结构,可达到最小代价获得最佳冷却效果。研究结果可作为采煤机牵引电机热控制及优化设计的理论基础。     

全封闭大功率永磁牵引电机的温度场数值计算

为研究全封闭大功率永磁牵引电机额定工况下的稳态温度场,以一台额定功率为815 kW的永磁同步牵引电机为研究对象,依据成型绕组槽部导热模型,建立了整机三维温度场共轭传热计算模型。考虑旋转磁化、冲压过程和磁密高阶谐波对定子铁耗的影响,以及水套-定子铁心间接触热阻抗对电机温升的影响,采用Fluent软件对电机额定工况下的稳态流场与温度场求解,使用电阻法和埋置检温计法（ETD）测得电机在额定工况下绕组的平均温升、铁心测点和绕组端部测点局部温升,绝对误差分别为-3.7 K、-0.3 K和7.6 K。进一步分析了电机水路和内风路流场分布特性、水套-定子铁心间接触间隙对绕组平均温升的影响以及槽内绕组附近的温升分布情况,最后提出了该类电机冷却系统设计优化方向。     

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。     

高速机车牵引电机定子绕组匝间电压分布特性的仿真研究

基于JD116型变频牵引电机,建立定子槽模型,通过有限元分析定子槽的电磁场计算绕组分布参数值;利用MATLAB仿真软件建立变频调速牵引电机定子绕组高频等效电路模型,探讨了电机定子绕组匝间电压的分布特性.仿真结果表明,增大输入脉冲电压的上升沿时间、减小等效匝对地电容和绕组自感可以改善绕组匝间电压的分布.该结果为变频牵引电机绝缘材料的选取、绝缘结构的优化设计提供了理论依据.     

异步牵引电机的温度场分析

建立了三相异步牵引电机温度场分析的有限元模型,分析了电机的发热热源、定子线圈等效导热系数、强迫通风冷却条件下通风沟内和气隙内气流的散热系数.用有限元分析软件Ansoft对异步牵引电机的温度场进行了仿真,给出了空载和额定负载条件下包括定、转子在内的电机整体的温度场分布图,列举了一些特殊位置点的温度,并对仿真结果进行了比较和分析.     

成型绕组永磁电机优化设计

成型绕组电机净槽满率高,在电机的额定功率、冷却系统、定子内外径、定子槽面积不变的条件下,采用成型绕组时,电机铁心长度更短,转矩密度更高。将节距为1的传统上下双层成型绕组结构改为左右放置,降低了成型绕组的绕制难度,提高了生产效率。开口槽槽口宽度较大,会增加气隙磁密中的谐波含量,降低电机运行稳定性。采用Taguchi方法,以成型绕组电机的气隙长度、定子槽宽和槽深为优化变量,对齿槽转矩、输出转矩进行优化;并建立电机模型进行有限元仿真分析。最终,通过样机试验验证了扁铜线成型绕组电机方案设计的合理性。     

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.     

电机定子绕组端部建模方法对热流场仿真结果影响分析

电机温升是影响电机性能和运行可靠性的主要元素之一,温度校核已成为电机设计过程中的重要环节。目前大多采用电机三维温度场仿真方法,但是因电机端部绕组结构复杂,热流场耦合性强,对计算结果准确性影响较大。建立3种定子绕组端部建模简化方式,使用Fluent仿真软件平台对某感应电动机热流场进行了仿真计算及分析。结果表明,建模时可以将定子端部绕组简化为拉直向上弯折的二维结构,这种简化方式兼具建模时间短、仿真精度高等优点。所得结论对快速进行电机热流场仿真、缩短电机设计周期有一定的参考作用。     

考虑隔磁桥饱和的切向式永磁电机电枢磁场解析建模

为解决多层绕组结构的切向式永磁电机磁场准确计算的难题,文中基于二维子域解析建模思想提出一种考虑定子多层绕组结构和转子隔磁桥饱和效应的电枢磁密解析计算方法。该方法首先在定子槽内进行精细子域划分,以建立多层电枢绕组的矢量磁位方程,然后通过等效气隙对切向式转子铁芯隔磁桥处的饱和效应进行等效,最后结合误差校验和循环迭代,有效解决传统子域建模方法因无法考虑铁芯有限磁导率而难以对内置式永磁电机进行磁场计算的问题。文中以8极9槽和10极12槽永磁电机为例,结合不同绕组结构建立有限元解析模型,并将有限元法计算结果与解析法计算结果进行对比,验证了该方法的计算准确性和运算快速性。