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。     

基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。     

基于Halbach分布的磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机的推力分析

直线电机驱动的轨道交通系统因具有结构简单、安全经济、节能环保的突出优势,受到了国内外学者的广泛关注。但如何保证直线电机在大气隙、重负载情况下仍然具有较大的推力,成为目前研究的热点。针对这一问题,将4种Halbach永磁体阵列应用在磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机MBCPMRTDLM(magnetic barrier coupling permanent magnet rail transit drive linear motor)中,借助解析法和有限元分析法对比分析4种Halbach永磁体阵列对MBCPMRTDLM推力、推力脉动和损耗的影响。得到的结论是:极间隔每对极6块永磁体连续充磁的Halbach阵列在18/20 MBCPMRTDLM中推力较普通凸极永磁直线电机提高了25.2%,永磁体涡流损耗与铁耗得到减小。该研究结论可进一步为电机的推广应用提供理论基础。     

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。     

储能飞轮用大功率高速永磁同步电机电磁设计

储能飞轮用高速电机的工作状态包括电动机、发电机及空载三种。提高储能飞轮的能量转换效率、降低电机在各种运行状态的损耗成为其电磁设计的主要任务。从工程应用的角度,对储能飞轮用大功率高速永磁同步电机的绕组损耗、铁心损耗及涡流损耗进行了分析,重点分析了定转子间隙对转子构件涡流损耗的影响,同时提出了一种阶梯式转子永磁体结构,可满足永磁同步电机(PMSM)对空载反电动势的低谐波要求,并提出了转子护套材料的选取原则。最后通过一个算例介绍了电机的设计分析及性能参数的计算。     

Halbach圆筒型永磁直线同步电机永磁体用量优化研究

本文提出一种减小径向充磁永磁体厚度的Halbach圆筒型永磁直线同步电机结构,在不降低平均推力的情况下减少永磁体用量,从而降低成本。首先,通过磁路法计算得到直线电机气隙磁密公式,分析了永磁体相关尺寸与气隙磁密的关系。应用有限元方法分析了电机分割比λ、径向充磁永磁体厚度P_r和径向充磁永磁体长度■_(mr)变化对电机气隙磁密、平均推力以及永磁体用量的影响。以最大平均推力为目标确定了电机尺寸,比较了传统Halbach TPMLSM与减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM的气隙磁密和推力。结果表明,减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM比传统Halbach TPMLSM永磁体用量降低了15.27%,平均推力提高1.07%。最后,通过样机测试对仿真分析进行验证。     

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。     

Halbach阵列永磁型无轴承电机特性研究

在分析永磁型无轴承电机径向悬浮力产生机理及转子永磁体Halbach阵列基础上,设计了一种Halbach阵列永磁型无轴承电机,采用耦合电路瞬态有限元分析方法对径向磁化永磁转子和Halbach阵列永磁转子的气隙磁密波形及高次谐波、径向悬浮力、反电动势及转矩进行比较分析。研究结果表明:永磁型无轴承电机转子永磁体采用Halbach阵列结构能显著提高气隙磁密幅值及其正弦特性,增大径向悬浮力与转矩,减小悬浮力、转矩及反电动势的脉动。     

一种飞轮储能系统用被动磁轴承组设计与分析

介绍了一种用于飞轮储能系统的磁轴承组,该磁轴承组由永磁轴承(PMB)和超导磁轴承(SMB)组成。基于Halbach阵列的永磁轴承设计了一种具有Nd-Fe-B磁环和后轭的PMB的新结构,并与现有结构进行了比较。利用有限元法(FEM)比较2种不同的PMB配置,在2个SMB拓扑的零场冷却(ZFC)和现场冷却(FC)过程中测量径向力和轴向力。对测量结果进行了研究分析,结果表明:轴向磁环充磁的新型拓扑结构的悬浮力大、径向恢复力高,尤其适合飞轮储能样机,因此所提出的新结构对飞轮储能系统用磁轴承新结构的设计提出具有重要指导意义。     

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。     

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。     

车用永磁同步电机定子铁耗的分析与优化

依据新欧洲驾驶循环工况,以减小电机中高速运行区间的铁耗为目标,对车用永磁同步电机（PMSM）的铁耗进行分析和优化。以一台额定功率35 kW的新能源汽车驱动用PMSM为对象,从电机成本和加工难度角度出发选择转子开辅助槽优化电机的铁耗;对比分析车用电机不同工况下的气隙磁密谐波含量,结合定子特征点处磁密轨迹的观测,分析高速磁场畸变对铁耗的影响;通过转子开辅助槽设计减小气隙磁密谐波,降低涡流损耗,优化齿顶铁损密度;优化后电机铁损最大可减小16%。通过负载试验验证了理论分析的正确性。     

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析

Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点,将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上,给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型,通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明;使用该模型分析每极两块(1P2p)、每极三块(1P3p)Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响,对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明,合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩,当永磁体厚度增加时,Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。     

零机械能输出感应电机

传统电机是机-电能量转换,损耗与温升是电机设计时需要削弱和避免的问题。该文从传统电机损耗与温升出发,提出了用于加热的零机械能输出感应电机。利用绕组所产生的径向磁场在实心结构的定子和转子铁心中感应产生涡流,将输入的电能全部转化为热能,具有定子、转子双边加热的特点。其独特的双边加热效果可解决挤塑类设备旋转螺杆加热瓶颈问题。建立了系统等效模型,给出了电磁功率解析表达式,采用有限元法分析了系统涡流分布与铁心端部效应。对样机进行加热实验,结果证明该种电机与传统线圈缠绕式电磁加热相比,具有节能高效、预热时间短、径向温差小等优点。     

A super high speed PM motor drive system by a quasi-current sourceinverter

This paper describes a surface mounted PM motor with the ratings of 5 kW and 150000 RPM for super high speed drive applications such as a machine tool. A much larger air gap, compared with that of the existing PM motors, is utilized to reduce the slot ripples and hence the resultant eddy current loss in the metallic sleeve that retains the permanent magnets, otherwise this loss would be objectionable at such high speeds. The motor is supplied from a quasi-current source inverter with the DC current controlled by a chopper and operated at a near unity power factor by the use of a simple position sensor-less control, to improve the motor efficiency. The analytic results are presented to show the slot ripple reducing effect of increasing the air gap length. To investigate the losses of the sleeve, several motors with different sleeves were manufactured and tested. Typical experimental results on these prototypes are given, which show that motor efficiency of higher than 90% can be realized at the rated torque over a wide speed range     

改变定子铁芯面积对分数槽集中绕组永磁同步电机铁耗的影响

为研究改变定子铁芯面积对分数槽集中绕组永磁同步电机中铁耗的影响,针对定子槽提出了两组研究方案.在8极9槽永磁电机的基础上使用有限元软件,搭建了保证定子槽数不变仅增加定子槽宽整数倍和不改变每个定子槽尺寸仅增加定子槽数的两组电机.介绍了铁耗计算原理并通过仿真对比了两组电机谐波含量、定子轭部磁通密度和在不同转速下的铁耗与永磁...     

永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析

逆变器供电的永磁同步电机(PMSM)中电子器件的高频开关会产生高频的电流时间谐波,进而引起永磁体涡流损耗的显著增加。给出了一种考虑电流时间谐波的永磁体涡流损耗计算的解析式,详细分析了永磁体尺寸和透入深度与涡流损耗之间的关系,并通过一个理想的3D模型进行验证。以1台逆变器供电的48槽8极PMSM为例进行涡流损耗仿真计算,结果表明:永磁体合理的分块数可以有效减少涡流损耗。