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。     

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.     

新型盘式横向磁通电机三维等效磁路研究

横向磁场永磁电机具有低转速、高转矩密度特点,在介绍横向磁通永磁电机发展的基础上,针对电动车轮毂驱动设计一种新型盘式横向磁通电机,通过三维有限元和三维磁网络法分析了磁通磁阻,建立了磁路模型,研究新型盘式电机磁阻对气隙磁密的影响,并对样机气隙磁密分布进行计算,平均气隙磁密与有限元仿真分析结果基本一致。研究表明所提出拓扑结构的合理性和研究方法的正确性。     

动圈式磁悬浮永磁平面电机磁场解析分析与参数设计

针对动圈式磁悬浮永磁平面电机定子磁场谐波含量较大的问题,提出了一种根据实际气隙磁密与期望气隙磁密的平均相对均方差对磁钢参数进行优化设计的方法。通过磁钢阵列的磁密谐波模型分析了定子磁场的3维磁密分布,获取不同水平高度上的平均基波幅值,从而构建了磁钢阵列的期望基波模型;基于谐波模型和期望基波模型,计算了磁钢阵列的实际气隙磁密与期望气隙磁密的平均相对均方差;在此基础上,根据"平均基波幅值应尽可能大、平均相对均方差应尽可能小"的原则设计了磁钢参数。有限元仿真和试验样机实测结果表明,该设计方法对于降低动圈式磁悬浮永磁平面电机定子磁场的高次谐波含量,特别是降低2次谐波具有明显效果。     

d-q轴励磁的同步电机气隙磁场与电枢反应电抗的计算

本文介绍d—q轴励磁的同步电机气隙磁场与电枢反应电抗的计算方法。将电机一对极的磁路分成若干条小磁路,计算小磁路的磁化曲线。再按电机的磁势分布曲线,计算每条小磁路上的气隙磁密。然后用富里哀级数分解的方法,计算气隙的谐波磁密与磁通,进而得d、q轴的电枢反应电抗。考虑了隐极与凸极电机磁路的不同,也考虑铁心饱和的影响,它可以计算电机空载与负载下的气隙磁场与电枢反应电抗。     

两级式无刷混合励磁同步电机的电磁设计及分析

为利用永磁电机的高功率密度、高效率以及电励磁电机电压易于调节的特性,提出一种混合励磁同步电机.主电机采用混合励磁同步电机,为主电机提供励磁的励磁机采用旋转电枢式交流电机.介绍电机的结构和工作原理,并采用有限元法对电机的磁场分布特征及调磁能力等进行计算和分析.根据理论分析试制样机,测试主电机的调压特性、励磁机的励磁特性以及两级式运行时的空载特性.有限元计算结果以及针对样机的实验数据表明:主电机和励磁机能够可靠地匹配运行;可以在永磁磁场的基础上,通过电励磁有效地调节气隙磁场,满足调压的需求.采用有限元法,研究主电机转子外形以及励磁机的定子齿宽对气隙磁场的影响规律.结果表明:对于主电机,设计适当的转子外缘形状能够有效地降低气隙磁密的总的谐波畸变率(THD),同时应兼顾气隙磁密基波的变化;对于励磁机,选择合理的定子齿宽系数有助于励磁能力的提高.     

基于解析方法的三相异步电动机槽型设计

利用CAD软件拼凑三相异步电动机定、转子槽型的设计方法具有一定的盲目性,提出了一种解析方法对三相异步电动机一类特殊的定、转子槽型进行设计.用此方法设计出鼠笼型三相异步电动机,并用磁场分析软件Magnet进行仿真分析,将电机定子轭部磁密及齿部磁密、气隙磁密、转子轭部磁密及齿部磁密的设计值与磁场仿真后得到的磁密值做对比,结果表明,两者十分吻合,从而验证了所提出方法的正确性.因此,该方法可作为同类槽型设计和优化的理论依据.     

永磁直线伺服电机的磁场分析及优化设计

介绍了一种圆筒型永磁直线伺服电机,电机次级采用轴向磁通结构,初级采用无铁心空心式绕组设计,完全消除了传统有铁心永磁电机固有齿槽效应所引起的推力波动问题.该结构电机的输出推力稳定性主要与电机气隙磁场分布的正弦程度有关,提高气隙磁场分布的正弦性是改善电机伺服性能的重点.通过对电机磁场进行有限元分析,研究了电机次级永磁体宽度和半径2个主要尺寸对气隙磁场分布的影响,并给出了这2个主要尺寸的最佳取值.经过优化设计,电机的气隙磁场分布得到了改善,磁场谐波分量大大降低,输出推力更加稳定,伺服性能得以提高.     

永磁同步电动机气隙磁场分析

永磁同步电动机设计计算的关键是其铁耗的计算,铁耗计算的基础是对该种电动机永磁磁密的分布规律有一个正确的认识。本文采用解析方法和电磁场的数值计算方法对永磁同步电动机的气隙磁场进行分析,并与感应电机进行对比研究,以获得该种是气隙磁密的规律性的认识,为永磁同步电动机的铁耗计算做准备。     

永磁同步电动机气隙磁场分析

永磁同步电动机设计计算的关键是其铁耗的计算,铁耗计算的基础是对该种电动机永磁磁密的分布规律有一个正确的认识。本文采用解析方法和电磁场的数值计算方法对永磁同步电动机的气隙磁场进行分析,并与感应电机进行对比研究,以获得该种电动机气隙磁密的规律性的认识,为永磁同步电动机的铁耗计算做准备。     

一种轴向电磁轴承的结构优化与有限元分析

给定转子推力盘直径和转子芯轴直径,设计一种传统结构的轴向电磁轴承。保持定子内孔与转轴之间的径向漏磁气隙不变,采用有限元软件仿真定子线槽结构参数对轴向电磁轴承的磁场分布及承载力的影响,并从磁路理论角度对结果进行误差分析。在承载力最大的线槽结构参数下,只改变芯轴直径,仿真分析径向漏磁气隙对轴向电磁轴承的磁场分布及承载力的影响。研究结果表明:随着定子线槽轴向长度与径向长度比(长宽比)的增加,承载力先增大后减小;当长宽比为5~10时,漏磁不是最小,但承载力较大且基本不受长宽比变化的影响,最大电磁力为理论电磁力的88.7%;随着径向漏磁气隙与轴向气隙比(气隙比)的增加,承载力增加,但增量越来越小,当气隙比为13.3时,仿真电磁力达到理论电磁力的97.0%,当气隙比大于13.3后,承载力随气隙比的增加非常有限。     

核电半速汽轮发电机单相短路时磁场特性分析

针对发电机单相短路时磁场特征问题,以一台核电半速汽轮发电机为例,采用场-路耦合方式建立了发电机单相短路仿真模型,通过对发电机单机空载时正常及机端单相短路仿真,得到了短路前后发电机内部磁场分布以及气隙磁密的变化特征。指出机端单相短路时发电机磁场仍具有对称性,故障后气隙磁密数值小于正常运行时的气隙磁密数值。通过对故障前后气隙磁密傅里叶分解,指出故障后气隙磁密基波分量明显减小,而奇数次谐波分量增大。     

低速高扭矩永磁直流电机的设计及参数解析计算

设计出汽车电动千斤顶需要的一种低速高扭矩永磁直流电机。本文根据此电机的特点和使用的工况,分别对电机的永磁材料、气隙磁密波形、电枢绕组和电路形式、转子结构、定子结构进行选择和确定,并利用分离变量法求解永磁电机绕组的电枢反应磁场、绕组的自感互感、电机负载气隙磁场、绕组电流和电磁转矩,从而得出该电机的参数表。     

飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗

为了减小高速永磁电机中由定子电流的时间谐波、定子磁动势的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,提高电机的效率,采用ANSOFT有限元软件分析了高速永磁电机中气隙磁场和定子电流.研究了槽开口大小以及气隙长度对转子涡流损耗的影响,分析了利用涡流磁场的屏蔽作用,提出在永磁体外增加一薄层非导磁金属屏蔽环来减小转子铁心、永磁体和护套损耗的机理和有效性,以及屏蔽环的电导率和厚度对转子涡流损耗的影响.结果表明：在合理选取槽开口大小、气隙长度和非导磁金属屏蔽环电导率和厚度的情况下,添加非导磁金属屏蔽环可以有效地减小转子涡流损耗.     

电励磁爪极发电机气隙磁场解析模型

为了对电励磁爪极发电机的性能进行快速计算和分析,提出一种新的气隙磁场解析计算模型.利用傅里叶级数分解推导空载气隙磁动势、电枢反应磁动势和气隙磁导,基于磁势和磁导得到空载气隙磁场和电枢反应磁场,同时引入修正系数考虑转子极爪形状和定子开槽的影响.通过有限元方法和试验结果验证了该解析模型的准确性.该模型建立了爪极电机的气隙磁场与电机参数之间的关系,适合在爪极发电机的初始设计阶段对其气隙磁场进行快速计算和性能优化.     

对转螺旋桨用永磁盘式对转电机磁场仿真分析

为了解决传统对转螺旋浆电力推进电机的成本高、定转子散热和输出转矩不平衡的问题,设计了一种新型结构的单定子、双转子永磁盘式对转电机。介绍了该电机的基本结构、运行原理和电机磁路特点,对电机内部对转磁场的耦合问题进行了分析,并引入等效磁路模型,同时给出了直角坐标系下,转子磁极表面的磁通密度公式,采用有限元法分析电机气隙磁场和平均半径处的气隙磁密。制造了一台盘式对转样机,并搭建试验平台测试了电机的三相感应电动势。测试结果表明：由于电机定子绕组端部长度的不对称,出现了三相感应电动势的不平衡现象。     

磁性槽楔对笼型感应电机电磁参数及性能的影响

电机中定子槽嵌入的槽楔由普通的绝缘树脂材料改为磁性槽楔后,电机的电磁性能有一定改变,以一台笼型感应电机为例,对同一电机分别采用普通绝缘槽楔与磁性槽楔进行了磁场、气隙系数、槽漏抗的计算并对比分析。以瞬态磁场为基础,深入分析了磁性槽楔对电机中损耗、转矩、电磁力和电磁振动等性能的影响,并对磁性槽楔在磁场中的受力进行了分析。计算结果表明,磁性槽楔可以有效的改善气隙磁密的分布,降低损耗、电磁力和电磁振动。但同时其导磁性能越高,电机的最大转矩和启动转矩也越小,而且磁性槽楔所受到的磁拉力也就越大,更容易受损,所以要综合各方面因素,选择合适磁导率的磁性槽楔。     

新型横向磁场永磁电机敛磁分析

由于横向磁场永磁电机具有低转速、高转矩密度的特点,在电机领域被广泛研究,然而由于其结构特点和其它因素的存在,使电机的漏磁大、功率因数偏低,降低了横向磁场永磁电机的性能。提出了一种新颖的敛磁结构,并应用于横向磁场永磁电机模型中,该结构不用增加电流密度或改变气隙大小就可以提高转矩。研究表明该敛磁结构具有很好的敛磁效果,极大地减少了极间漏磁,从而可以提高横向磁场永磁电机的工作性能。     

二级磁源端面式磁力耦合器磁转矩特性的仿真研究

磁力耦合器是一种利用磁场间相互作用传递转矩的传动装置.由于磁力耦合器的主动转子和从动转子是非接触式连接,故具有过载保护、传动平稳等优点,并在工业生产中得到越来越多的应用.因此,对磁力耦合器传递转矩的影响因素进行理论研究具有十分重要的现实意义.本文使用有限元分析仿真软件ANSYS建立二级磁源端面式磁力耦合器的三维模型,对二级磁源端面式磁力耦合器气隙内磁场的分布进行研究,得到了二级磁源端面式磁力耦合器的磁转矩与内外圈永磁体径向距离、永磁体轴向厚度以及径向长度的变化规律.结果表明:二级磁源端面式磁力耦合器的磁转矩随着内外圈磁体径向距离的减小而增大;磁转矩随着永磁体轴向厚度以及径向长度的增大先增大后趋于稳定.     

垂直提升用PMSLM局部退磁故障特性分析

垂直提升用永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)在运行过程中受工作环境和控制方式的影响,易出现永磁体局部退磁或均匀退磁故障。为了及时诊断出电机故障,防止电机性能恶化,利用有限元法建立PMSLM模型,并对电机局部均匀退磁故障进行仿真。通过改变永磁体的矫顽力实现退磁故障,以得到不同退磁故障状态下的电机永磁磁场、空载反电势、气隙磁密及其谐波、推力、推力波动、电流等特征参数,并进行特性分析。通过对比分析,验证了可采用电机的空载反电势、气隙磁密及其谐波含量作为PMSLM退磁故障诊断的理论依据。