钕铁硼永磁磁阻同步电机及其仿真分析

与钕铁硼永磁同步电机相比,钕铁硼永磁磁阻同步电机磁钢用量明显减少,性价比上升;与铁氧体永磁辅助磁阻同步电机相比,钕铁硼永磁磁阻同步电机转子铁心制造成本有所下降,电机可靠性提高。重点分析了钕铁硼永磁磁阻同步电机的2种典型转子结构,讨论转子结构参数对电机性能和转矩能力的影响,并与钕铁硼永磁同步电机进行了比较分析。仿真数据表明,钕铁硼永磁磁阻同步电机的磁阻转矩利用用率增加,磁钢用量减少,电机性价比提高。仿真数据表明,钕铁硼永磁磁阻同步电机磁阻转矩利用率增加,磁钢用量减少,电机性价比提高。     

一种交替极切向励磁游标永磁电机的分析与设计

提出一种新型带连接桥交替极切向励磁的游标永磁电机用以提升高极比(转子极对数与定子绕组极对数之比)切向励磁游标永磁电机的转矩密度。新型拓扑转子轭部表面均匀分布多个"h"形由连接桥和主齿组成的转子齿,切向励磁的永磁体插入转子齿中。连接桥为主磁场提供磁通路径,避免主磁通以"之"字形来回穿梭在气隙中,还可以减小气隙磁阻,削弱磁障效应,从而增大气隙磁通密度,提升电机的反电动势和转矩密度。此外,新型拓扑永磁体极性相同,磁钢用量减少一半,降低了电机成本。该文首先说明磁障效应产生的原因并介绍新型电机拓扑结构和工作原理;然后分析主要参数对转矩性能的影响;最后通过有限元仿真对比传统拓扑和新型拓扑电磁性能,结果表明,在相同体积与热负荷下,新型拓扑具有更高的转矩密度和更低的磁钢用量。     

一种永磁开关磁阻电机的研究与有限元分析

针对开关磁阻电机转矩脉动大的问题,提出了一种在转子上加入稀土永磁体的新型电机结构,并分析了电机的运行原理。采用Ansys软件仿真分析了永磁开关磁阻电机和开关磁阻电机的转矩性能及永磁体位置对转矩的影响。仿真结果表明,转子加入永磁体且永磁体位置靠近转子极弧的电机转矩更大、转矩脉动更小。     

一种非对称混合式永磁同步电机设计与分析

针对传统内置式永磁同步电机磁阻转矩与永磁转矩不是在相同电流相位角下达到最大,不能最有效的利用磁阻转矩与永磁转矩的问题,提出了一种新型非对称转子结构永磁同步电机设计方案,电机输出转矩和减小转矩脉动。首先,一种不对称转子结构,通过使转子不对称,使磁阻转矩和永磁转矩在相近电流相位角下达到最大,从而提高输出转矩。其次,为衡量转矩利用率,引入转矩利用率因子,利用冻结磁导率法将电磁转矩分解为磁阻转矩和永磁转矩两部分,运用有限元确定表面磁极最佳偏移角θ;最后,对提出的新型非对称转子结构永磁同步电机进行电磁性能分析,在不增加材料与制造成本的情况下,电机最大输出转矩增加7.52%,转矩脉动减小39.15%。     

一种新型混合转子双定子同步电机的转矩解耦矢量控制

为了提高低速直驱永磁同步电机的转矩密度,充分利用其内腔空间,本文针对一种新型混合转子双定子同步电机,提出一种适用的矢量控制策略。该种电机的转子一侧采用表贴式永磁转子结构,另一侧采用磁阻转子结构,该种新型混合转子结构同时还解决了传统双定子永磁同步电机成本高的问题。针对该种特殊结构新型电机,本文提出一种转矩解耦矢量控制方法,利用转矩解耦系数实现了内外电机的转矩解耦控制。在Matlab/Simulink仿真环境下,对新型混合转子双定子同步电机及其矢量控制系统进行模型建立和仿真分析。仿真结果验证了所提出电机模型及其控制系统的可行性和正确性,且控制效果理想。     

新能源汽车驱动用永磁同步电机转子磁钢拓扑结构优化设计

针对某款新能源汽车用永磁同步电机采用“V”型转子磁钢拓扑结构存在转矩脉动大、电磁噪音振动大,制造成本高等问题,通过将原方案转子冲片磁钢“V”型结构优化设计为“U+1”型拓扑结构,基于Ansys仿真对比分析了两转子磁钢拓扑结构分别不同工况下的电机性能,仿真结果表明,“U+1”型转子磁钢拓扑结构能有效降低电机转矩脉动,优化NVH性能。     

双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。     

电动汽车混合永磁辅助磁阻同步电机研究

针对铁氧体永磁辅助式同步磁阻电机可能出现的不可逆退磁问题,研究了电动汽车驱动用铁氧体和钕铁硼混合永磁辅助磁阻同步电机。用有限元方法研究了混合永磁辅助磁阻同步电机的转子结构,包括磁钢槽形状和相关尺寸的优化,重点研究电机峰值工况下铁氧体的不可逆退磁问题,并与其他电机做了比较分析。研究结果表明,混合永磁电机与铁氧体电机成本接近,但转矩脉动率小,并较好地解决了铁氧体永磁材料的不可逆退磁问题。     

一种混合式弧形结构永磁转子同步电机电磁转矩特性分析

针对传统永磁电机的结构和电磁特点,提出一种新型混合式弧形结构永磁转子同步电机,采用面贴式和内置式永磁体混合磁路结构,同时面贴式永磁体设计为弧形,有效改善了气隙磁密的正弦性。为验证所提出的新型结构永磁转子同步电机的电磁转矩特性,根据电机设计流程,分别建立了传统面贴式永磁转子、传统内置式永磁转子和新型结构永磁转子的电机参数模型,同时建立3种结构电机的有限元仿真模型。通过负载状态下的仿真计算,得到3种电机在额定负载和其他不同负载状态下的转矩特性,通过对比分析,验证了所提出的新型机构电机的优越性。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

定子永磁和转子永磁混合式步进电机性能比较研究

定子永磁型混合式步进电机(stator-permanent-magnet hybrid stepping motor,SHSM)是一种新型结构的混合式步进电机,其运行原理与普通转子永磁型混合式步进电机相同,但转子结构更为简单、转子机械强度更高、转矩及功率密度更大、永磁体散热更容易、设计分析计算更为方便。为合理评估两种结构混合式步进电机性能,该文从永磁气隙磁密、最佳铁心迭长、永磁转矩、定位转矩及转矩脉动、永磁磁链及空载反电动势、永磁体漏磁及利用率、定子轭部磁通密度等方面对两种电机进行综合分析比较。试制一台功率为240W的2相8极50齿SHSM样机,通过实验验证其工作原理的实际可行性。基于SHSM样机参数,构建两种电机的有限元仿真模型并进行有限元分析比较。有限元和实验结果验证了理论分析的正确性,为新型SHSM的进一步推广应用奠定一定理论基础。     

高速永磁同步电机转子拓扑结构设计及强度优化仿真计算

基于一款电机设计需求,通过2D有限元仿真分析对比了不同转子拓扑结构下的电机性能,择优选取了一种"U+1"形拓扑结构,即"U"型和"1"型磁钢槽组合拓扑结构,结果表明该结构具备"U"型磁钢聚磁和"U+1"磁阻叠加效应,能有效提高磁阻转矩和永磁转矩,具有低转矩脉动、高弱磁扩速能力及低成本等优势。最后通过3D有限元仿真软件对冲片结构优化并进行强度仿真计算,使冲片强度可满足高速化19000r/min的机械强度要求。     

内置式多层磁钢永磁同步电机振动噪声抑制措施

针对内置式多层磁钢的永磁同步电机提出通过优化电机转子结构抑制电机振动噪声的方法.首先通过基于直接耦合场的有限元仿真方法计算一台额定功率为20 kW的永磁同步电机的声压级.将仿真值与电机噪声实验测得的结果进行对比,其差值小于6.3％,由此验证了该方法仿真计算电机振动噪声的准确性.其次针对内置式多层磁钢永磁同步电机转子结构...     

定子永磁型混合式步进电机结构及性能分析

定子永磁型混合式步进电机是一种新型结构的混合式步进电机,相比传统转子永磁型混合式步进电机具有一系列结构及性能优点。为分析电机结构对电磁性能的影响,提出3种电机拓扑结构并建立了解析模型,计算对比不同拓扑结构电机的电磁特性,包括电感特性、磁链特性、反电动势特性和转矩特性。推导磁阻转矩、齿槽转矩和脉动转矩的解析表达式,分析负载变化及定子永磁磁路不对称对转矩脉动的影响。采用有限元法对解析模型进行验证,结果表明,所建立的解析模型能够体现结构参数和电机性能之间的关系,计算速度快且通用性强,特别适合于该类电机的初始设计分析和性能比较研究。     

车用永磁同步磁阻电机转子的优化设计

永磁同步磁阻电机充分利用磁阻转矩,有效提高了电机功率密度和降低电机成本。本文首先对永磁电机的磁阻转矩影响因素进行分析,建立了3种不同结构转子模型,利用二维有限元法对电机的重要参数进行了计算和对比分析。综合比较后,对其中一种转子结构进行了优化,通过调整直轴和交轴磁路,提高了电机磁阻转矩的比例及弱磁性能。     

一种改善开关磁阻电机运行性能的新型结构转子

为提高开关磁阻电机的起动转矩,减小运行中的转矩脉动,通过研究开关磁阻电机的电流和转矩特性,提出了一种新型的转子结构。在Matlab/Simulink环境下建立了开关磁阻电机的动态仿真模型并进行了仿真实验。实验结果证明在相同的控制算法下采用该新型结构的转子能够达到提高电机起动转矩、减小运行中转矩脉动,改善电机运行性能的目的。     

转子Halbach多极环与表贴式对电机转矩分析比较

针对机器人关节轻量化、柔顺化的要求,研究了提高转矩密度的无框永磁力矩电机。首先设计了一台无框永磁同步电机,转子结构分别采用表贴式磁钢和Halbach结构,对表贴式磁钢的圆弧形状进行参数化仿真以减小电机齿槽转矩。其次建立了Halbach多极环的无槽定子解析模型,并用有限元验证了解析法的正确性。最后分别从转子磁轭厚度、气隙磁密、T-I曲线三方面比较两种转子结构的电机性能。样机实验结果证明与传统表贴式磁钢相比,采用Halbach结构多极环在额定0.5Nm时,转矩常数比表贴式大7.6%,在过载1.4Nm时,转矩常数比表贴式大21.6%。     

新型混合式转子无刷双馈电机

具有磁阻效应的绕线式转子无刷双馈电机是一种新型电机,它利用了磁阻式转子的磁通导向作用和绕线式转子接线灵活的特点,具有转子耦合能力强、磁动势高次谐波含量低、电机输出功率密度高等优点。文中介绍这一新型混合式转子结构,并对基于该结构的无刷双馈电机在转子侧无绕组时电机的磁阻效应,以及在转子侧无磁阻效应时新绕组结构电机的电磁性能进行了分析。对定子侧结构相同、控制绕组侧施加相同激励情况下,采用新型混合式转子、双正弦绕线式转子的两种转子结构的无刷双馈电机进行了研究,对比了电机的气隙磁场、电机系统输出功率和电机效率。通过实验与仿真结果对采用新型混合式设计电机的动态性能进行了研究,验证了样机仿真结果的正确性,同时试验结果也表明新型混合式无刷发电机性能的优越性。     

新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

高速两相4/2结构SRM锥形转子结构优化设计

针对传统两相4/2结构开关磁阻电机存在转矩死区而无法自起动的问题,提出了一种新型锥形转子结构的开关磁阻电机。首先建立了传统转子结构和锥形转子结构的两相开关磁阻电机静态有限元模型,分别对两种结构开关磁阻电机的电感特性、静态转矩特性进行了对比分析。优化了锥形转子的偏心半径,得到了锥形转子的最优尺寸参数。仿真结果表明所设计锥形4/2结构开关磁阻电机没有转矩死区,具有自起动能力,平均电磁转矩符合高速烘干机的设计要求。最后试制了样机,搭建了控制系统的软硬件平台,进行了样机试验,实测结果验证了设计和控制方案的有效性。