新型内置式无轴承永磁同步电机设计与电磁分析

传统内置式无轴承永磁同步电机气隙磁密为矩形波分布,谐波分量较大,其系统难以精准调控.首先根据麦克斯韦张量法分析其径向悬浮力控制机理,运用傅里叶变换,对比了传统内置式永磁转子和新型内置式永磁转子等3种转子结构的气隙磁密和谐波分量;其次采用参数化有限元法,比较了3种转子结构悬浮绕组电流和悬浮力关系.最后,将电机模型和外部电路进行联合仿真,分析了新型内置式转子结构瞬态电磁场运行工况,在设定电机模型为转速为15 000r/min、输出功率为4kW的情况下,计算定子绕组空载感应电势波形,验证了径向悬浮力控制原理.     

双绕组无轴承开关磁阻电机有限元分析

双绕组无轴承开关磁阻电机为多变量、强耦合的非线性系统,建立准确的悬浮力数学模型是实现其稳定悬浮控制的关键。文章分析了双绕组无轴承开关磁阻电机结构和悬浮机理,推导了其径向悬浮力数学模型,采用Mawell 13.0建立了有限元分析模型,基于静态有限元法,分析径向悬浮力与绕组电流和转子位置角之间的关系,基于瞬态有限元法,计算电机发电绕组电压波形。     

永磁型无轴承电机的设计与运行分析

针对永磁型无轴承电机设计中转矩绕组和悬浮绕组设计的特殊性，提出了一种永磁体厚度优化设计新方法.该方法基于永磁型无轴承电机运行原理，进行了永磁型转子结构、悬浮绕组和永磁体厚度优化的设计.导出了计及定、转子定位偏心的永磁型无轴承电机悬浮力的解析模型，通过对磁悬浮力与悬浮绕组电流和转子偏心关系的电磁场分析，来验证该模型的精确度，并应用该模型建立了永磁型无轴承电机的控制系统.仿真结果表明，该设计方法提高了永磁型无轴承电机的转矩和悬浮性能，降低了设计的复杂性，且样机具有良好的动、静态悬浮特性.     

不同充磁方式的对转永磁电机气隙磁场性能研究

针对磁钢不同充磁方式对电机磁场性能影响不同,在对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach磁体磁化强度分布的基础上,提出一种计算内永磁体转子和外永磁体转子对转电机气隙磁密的解析算法,该算法计算结果与有限元分析结果接近且趋势相同,是一种在电机设计前期预报气隙磁场分布的有效方法;利用解析和有限元相结合的方法研究了充磁方式对两种转子结构对转永磁电机气隙磁场的影响,结果表明外永磁体转子对转电机选择径向充磁能获得趋近方波的气隙磁密和较高的磁密峰值,适合无刷直流电机;内永磁体转子对转电机选择平行充磁可提高气隙磁密的正弦分布和得到较高气隙峰值;Halbach磁体的电机气隙磁密正弦分布程度高,谐波含量小,与平行充磁均适用永磁同步电机。     

新型单绕组多相无轴承电机

根据电机的悬浮原理提出了一种单绕组多相无轴承电机模型，通过一台多相变频器在单套多相绕组中通入２组电流来实现单绕组多相电机的无轴承运行.以单绕组六相感应电机为例，分析了单绕组多相无轴承电机的悬浮原理和绕组结构等问题.利用改进的绕组函数法来计算偏心状态下电机的电感，并采用虚位移法计算考虑偏心的径向力解析模型，利用有限元法验证了该解析模型的正确性.通过建立多相无轴承电机的数学模型，对单绕组多相无轴承电机的磁场定向控制进行了仿真，结果表明该电机能够实现稳定的悬浮和获得良好的调速性能.     

无轴承异步电动机的系统实现

在对无轴承交流电机的磁悬浮机理进行一般性描述的基础上,采用电枢绕组气隙磁场定向控制来实现转矩控制和悬浮力控制之间的动态解耦,并以无轴承鼠笼式异步电动机为研究对象,研制了一套控制系统,并在原理样机上进行实验,实现了转子轴的稳定悬浮,而且动态性能良好,验证了提出的无轴承异步电动机控制系统的可行性．     

空心式永磁直线伺服电机气隙磁场及推力分析

通过解析法和有限元法对双边空心式永磁直线伺服电机的磁场和推力特性进行了分析.采用等效磁化强度法,将永磁体等效为磁化强度分布函数,建立磁场向量磁位的微分方程组并采用分离变量法进行求解,推导出磁通密度的解析公式.同时采用Ansoft Maxwell软件对电机磁场进行了有限元分析,结果证明磁通密度解析公式是准确的.针对5极/3线圈短距绕组结构的电机,推导出电机动态推力的解析公式,解析法推力计算结果与有限元法计算结果的相对误差为3.28%,证明推力解析公式是准确的.推力解析公式表明,当电机电枢电流为正弦电流时,电机推力仅含有6倍频的谐波分量,且推力波动小.气隙磁场和推力解析公式有助于分析电机磁场分布和推力波动情况,为电机优化设计提供基础.     

基于洛伦兹力的无轴承电机优化与特性分析

传统无轴承电机将电机的旋转和径向磁悬浮支承功能集成于一体,具有支承无接触、无摩擦和无需润滑的优点,但是其转矩和径向悬浮力相互制约,永磁体厚度必须折中考虑.设计了一款基于洛伦兹力的无轴承电机,该无轴承电机可以同时产生转矩和轴向悬浮力,径向悬浮依靠径向永磁轴承实现.通过磁路欧姆定律推导了电机的轴向洛伦兹力的数学模型,采用有限元法分析了永磁体厚度、气隙长度和电流大小对轴向洛伦兹力的影响.结果表明,永磁体厚度增大使洛伦兹力无轴承电机的轴向承载力变大,永磁体厚度为3 mm最合适.     

永磁型无轴承电机的设计与控制研究

为了深入研究永磁型无轴承电机的设计方法及控制策略,提出了计及定、转子定位偏心的悬浮力解析模型及该解析模型中悬浮绕组参数的设计方法.该方法基于永磁型无轴承电机悬浮力产生机理和电磁场有限元分析,进行电机设计,得到永磁型无轴承样机的系统参数.在此样机系统基础上,讨论了转矩控制子系统的转子磁场定向矢量控制、悬浮控制子系统的模糊自调整比例 积分 微分（PID）控制策略,并进行了悬浮运行实验,结果表明该设计参数与实际样机参数基本吻合,验证了该设计方法的正确可行性,该控制策略有效地解决了无轴承电机模型复杂、参数时变等实际因素的影响,保证了其运行控制的鲁棒性.     

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度，采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗，并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明，3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大，合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.     

Mechanism of hybrid-magnetic-circuit multi-couple motor

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磁体阵列式永磁同步电动机磁场与起动性能

为了提高传统表面式永磁同步电动机气隙磁场的正弦程度,降低永磁同步电动机的谐波影响并且使得表面式永磁同步电动机也能具有一定的自起动能力,提出一种分布磁体阵列调制式永磁同步电动机．转子铁芯表面磁极是由若干小磁块阵列构成的,阵列中小磁块的宽度、高度及磁块之间的间隔符合一种调制关系,合理设置转子与磁极的结构和位置,使产生的气隙磁场波形更加接近正弦波.利用调制后磁体阵列间剩余的空间设置起动绕组,产生异步感应电磁转矩,使表面式永磁同步电动机增添自起动功能.ANSOFT仿真分析和样机实验结果具有很好的一致性,说明所提出的改善表面式永磁同步电动机气隙磁场波形正弦化的方法是可行的,证明了自起动新方法和新结构的正确性和有效性.     

基于有限元法的永磁缓速器涡流场分析

为了提高缓速器气隙磁场和制动力矩计算精度,将矢量磁位法应用到永磁缓速器涡流场有限元计算中,并考虑转子磁导率的非线性以及涡流产生磁场对永磁体磁场削弱作用.应用电磁场有限元仿真软件,采用混合自动剖分技术,得到缓速器电磁场数值解.试验结果表明,静态工作间隙磁感应强度计算值与试验值误差在5%以下,永磁缓速器制动力矩数值计算值与试验值吻合较好.     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

基于ANSYS的电机电磁场仿真分析

应用有限元数值分析软件(ANSYS)对一台4极16槽永磁直流电动机进行了空载、负载特性的数值分析.通过分析得到整个电机电磁场的分布及波形近似为正弦的气隙磁感应强度,分析结果有助于对电机进行优化设计和控制.     

微分积分结合方法在轴向气隙永磁电机三维磁场计算中应用

微分积分结合方法在计算电机内磁场时,不仅具有连续性求解的优点,而且它是实现在小型机上算大题目较为理想的方法。用这种方法计算传统电机的三维磁场问题已有人做过一定的工作,而用这种方法计算结构特殊的轴向气隙永磁盘式电机的三维磁场还存在一些新的问题需要解决。论文作者已成功地将这种方法用于轴向气隙永磁盘式电机的三维磁场计算中。本文只介绍其计算过程中与传统电机不同的两个特殊问题,即轴向气隙永磁电机的有限元离散方程中永磁体激励项计算方法及对称旋转公式的研究,最后给出用此方法对一台爪形电枢轴向气隙永磁盘式电机三维静磁场的计算结果。     

Halbach磁体结构应用于永磁直线同步电机的研究

为提高永磁直线电机的推力，介绍了Halbach磁体结构的基本工作原理，分析了采用Halbach磁体结构的磁体排列方式及磁体的磁化规律.并以一台永磁直线同步电机为例，确定了适合该直线电机的Halbach磁体结构形式，对比分析了不同磁体排列方式的永磁直线同步电机空载运行推力特性.分析结果表明采用Halbach磁体结构不仅可以改善气隙磁场分布、提高永磁直线同步电机的推力，而且可以减小永磁直线同步电动机的推力波动.因此将Halbach磁体结构应用于永磁直线同步电机中与常规永磁体结构的永磁直线同步电机相比具有很大的优越性.     

表贴式永磁电机电枢反应磁场的子域模型

将表贴式永磁电机的电枢反应磁场划分为气隙子域(包含永磁体区域)、定子槽子域和定子槽开口子域,求解各个子域上的泛定方程得到其通解;施加通过考虑转子偏心的一阶摄动法得到的边界条件和分界面条件,来求得每个子域上电枢反应磁场的解析解.建立可以精确考虑定子槽、定子槽开口和转子偏心影响的表贴式永磁电机电枢反应磁场的解析子域模型,将解析模型的计算结果与采用有限元法得到的计算结果进行对比,结果表明:该解析模型可以精确地预测含有齿槽效应和转子偏心（静偏心、动偏心及两者组合）影响的表贴式永磁电机的电枢反应磁场.     

多相感应电机转子磁场定向矢量控制策略

针对多相感应电机正弦供电时铁芯利用率低、输出转矩小的问题,通过分析多相电机的磁动势分布和谐波磁场对电机气隙磁密和轭部磁密的影响,提出基于谐波电流注入的转子磁场定向矢量控制方法.通过注入满足一定比例和相位关系的各次谐波电流,优化气隙磁密和轭部磁密为平顶波,并在一台九相集中整距绕组感应电机上进行实验验证.结果表明:在保持气隙磁密幅值、轭部磁密幅值和定子铜耗与基波供电分别相等的条件下,可以有效地提高电机输出转矩和电机效率;同时系统在低速下具有良好的动态响应和带载起动能力,适合应用于低速大转矩场合.