基于等效磁路法的永磁同步电机特性分析

针对有限元法在电机设计初期计算量大且耗时长的特点,为8极9槽永磁同步电机提出了一种相对简单且准确的等效磁路法计算模型。模型中把一个永磁体根据磁路分为几部分,给出了考虑永磁体通过定子齿端部产生漏磁时的永磁体模型。该等效磁路网络同时考虑了磁路饱和、齿槽效应和电枢反应等现象。永磁体漏磁不进入电枢绕组,对绕组磁链和电枢反电势并不起作用,因此在模型中把该漏磁单独考虑。通过迭代的方法,来求解铁心磁导。采用节点磁位法来求解该模型网络,得到电机的磁场分布。在此基础上对电机绕组磁链、电枢反电势和齿槽转矩等特性进行分析计算。同时建立了2D有限元模型,对电机磁场和特性进行分析。最后将等效磁路法模型和有限元模型得到的结果进行对比,验证了等效磁路模型的正确性。     

一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的解析计算方法

针对3D有限元软件计算永磁电机永磁体涡流损耗耗时长,永磁体涡流损耗精确解析模型复杂,参数变量间对应关系不明晰等问题,采用槽口位置的局部解析建模方法,重新建立坐标系,研究与槽口位置对应的永磁体内磁密变化规律,并对磁密波形进行简化分析,提出一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的简化解析计算模型,该方法可直观反映出永磁体涡流损耗的主要影响因素,且计算耗时短。利用3D有限元和实验结果对该简化解析模型计算结果进行验证。基于该简化解析模型分析得出影响槽口位置永磁体磁密变化的主要因素为槽口宽度与等效气隙长度之比和槽口宽度与定子齿距之比,进而研究了主要影响因素对气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的影响规律,并提出相应的参数优化方法。结果显示,优化后样机永磁体涡流损耗降低了90. 2%,损耗抑制效果十分明显。     

旁路分流式永磁体技术研究

提出可提升永磁体抗去磁能力的旁路分流式永磁体技术。该技术基于内嵌式永磁电机中永磁体边角比中心区域去磁风险更高的特点,利用永磁体表面局部镍镀层作为永磁体导磁旁路,分流其退磁磁场,由此抑制永磁体边角处工作点的下降,提升了永磁体抗退磁能力。通过抗退磁机理分析及应用实例的有限元计算结果分析并验证了旁路分流式永磁体抗退磁的可能性及有效性。应用田口法对某款电机永磁体的厚度、镀层厚度、镀层宽度进行比较分析,得出这些关键参数对转矩、转矩脉动、永磁体退磁工作点等性能指标的影响及最优组合;最后基于全面的有限元计算分析,进一步验证并完善了之前的分析结论及旁路分流式永磁体的参数设计规律。     

高速永磁电机护套配合过盈量的计算及强度校核

烧结钕铁硼永磁材料具有抗压强度大、抗拉强度小的特点,为了避免永磁体在电机运行时难以承受因高速引起的离心力产生断裂破坏的后果,常常在永磁体外侧设置一层高强度非导磁防护套,二者采用过盈配合以使永磁体承受一定的预压力。给出了接触压力、旋转速度、温升对过盈配合量影响的计算方法,提出了永磁体和护套强度的校核准则,并将其应用于一台实际的高速永磁电机。计算结果得到ANSYS workbench的有效验证。     

整体式双层永磁体涡流联轴器的设计与研究

基于对传统单层永磁体涡流联轴器的磁路分析,提出一种新型整体式双层永磁体涡流联轴器。将两层永磁体以N-S对应的形式贴装于中间背铁两侧,构成整体式结构;磁感线穿过中间背铁形成整体式磁路。通过二维层模型的矢量磁位法,建立了整体式双层永磁体涡流联轴器的改进数学模型并获得了其转矩解析解;为验证解析解,构建了该新型涡流联轴器的三维几何模型,采用有限元法仿真分析了其转矩性能。结果表明:所建数学模型较为准确、转矩性能相对较好。因此,该涡流联轴器具有实际应用意义,并对多盘涡流联轴器的转矩计算具有参考作用。     

混合永磁记忆电机特性分析和实验研究

提出一种混合永磁可变磁通记忆电机,研究了永磁体不同磁化状态下的静态特性。基于有限元法,对施加不同去磁电流时的电机磁场分布进行了分析,并观察永磁体内的磁密变化,计算了不同永磁磁化状态下的气隙磁密、永磁磁链、反电动势及每极气隙磁通等电机主要参数。制作一台样机,并进行实验研究,实验结果与有限元计算结果吻合较好。研究表明,永磁体的充磁比去磁要困难,当磁化电流为2倍的定子额定电流时,能将磁体去磁90％,而仅能充磁到饱和时的30％：与基本结构记忆电机相比,该混合永磁记忆电机具有更高的气隙磁密。该类电机在宽调速驱动系统中具有应用前景。     

内置式永磁同步电机电感参数的研究

分析了永磁体磁势和电枢磁势共同作用时内置式永磁同步电机的电感特性,基于交流静态法,提出了一种改进的测量内置式永磁同步电机定子自感和互感以及交直轴电感的方法。为了考虑饱和和交叉耦合效应对电感参数的影响,该方法首先根据所测电压和电流数据计算出不同转子位置和电流下的磁链,然后根据磁链计算出电机自感和互感以及交直轴电感参数,并应用该方法进行了实测研究。结果表明,实测结果与有限元分析结果吻合较好,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于改进等效面电流法的永磁电机气隙磁场解析计算

为简便快速地求解平行充磁偏心削极表贴式永磁同步电机的气隙磁场,该文采用改进等效面电流法对永磁体进行等效处理。该方法将永磁体表面划分为若干个微元,每个微元代表一根载流导体,采用局部坐标系与全局坐标系相互转化的方式,方便地计算出每一根载流导体电流的数值及坐标位置,避免了计算的复杂性。同时,该方法结合子域模型以及矢量磁位叠加的方法对气隙磁场进行解析计算,解析结果与仿真结果进行对比,验证了解析计算的正确性,并对一台实验样机进行空载实验,其空载反电势与解析计算结果吻合,进一步验证了改进等效面电流法的正确性。     

轴向磁化多环磁力联轴器的三维磁场计算及分析

为研究轴向磁化多环磁力联轴器的结构参数对磁转矩的影响,采用有限元方法对其三维磁场进行数值计算,得出了轴向磁化多环磁力联轴器的三维磁场分布。分析了主动转子转角、气隙厚度、永磁体厚度和磁极对数对磁转矩的影响,即以一对磁极转角为周期,磁转矩与转角成类似正弦曲线关系变化,且在360°/2p时磁转矩存在最大值;随着气隙厚度的增加,联轴器的磁转矩降低;增大永磁体厚度,可提高磁转矩,但当永磁体厚度增大到一定程度后,磁转矩曲线的斜率逐渐变小,增加变慢;在一定范围内,增加联轴器的磁极对数,磁转矩增大,但磁极对数增加到一定数目后,随着磁极对数的继续增加,磁转矩降低。其分析结果可对该类磁力联轴器性能分析和设计起指导作用。     

基于磁极分块的永磁电机气隙磁场解析计算

为了简便、精确地分析偏心削极表贴磁极的永磁电机空载气隙磁场,基于永磁体等效分块处理并结合子域模型提出一种磁场解析计算方法,解决了磁极不等厚与平行充磁问题。所用方法能考虑定子开槽影响与永磁体实际磁导率,且通过求解子域模型直接得到空载气隙磁密的基波与各次谐波分量。采用有限元法直接计算气隙磁场,解析法与有限元法计算的空载气隙磁密吻合,验证了解析方法的准确性。对一台九相永磁电机样机进行实验,所测空载感应电势与解析模型计算值较吻合,验证了所用分析方法的正确性。     

异步启动永磁同步电动机永磁体尺寸的估算

永磁体的形状与所选择的磁极结构有关,对于内置式结构,永磁体形状为矩形。异步启动永磁同步电动机的磁路结构通常选用内置串联式结构,两个磁极的永磁体串联。此时,磁路的磁动势为它们的和,而提供磁通的面积为一块永磁体的面积。等于永磁体轴向长度与永磁体宽度的乘积。永磁体的体积则取决于磁场强度H磁密B的乘积。其数值等于永磁体面积与其磁化方向长度的乘积。     

Calculation of the Characteristics of Salient‐Pole Synchronous Machines Assisted by Permanent Magnets on the Basis of the Operating Principle

In this study we investigate a method for accurately calculating the characteristics of salient‐pole synchronous machines assisted by permanent magnets. First, the operating principle of the machines is investigated by using both finite element analysis and a simple magnetic circuit. Then, a theoretical representation of the assist effect on the permanent magnets is derived based on the magnetic circuit. Finally, the measured and calculated results are compared in order to confirm the validity of the proposed calculation method. We show that the load characteristics of the proposed machine can be accurately estimated from the no‐load and short‐circuit characteristics of the conventional machine without permanent magnets, and the size and magnetization of the inserted permanent magnets.     

永磁体磁力与永磁隔振系统固有频率分析

永磁体间的磁力是设计永磁磁悬浮隔振系统的基础.分别用理论计算方法、有限元分析方法以及实验测试方法研究了单对柱形永磁体间的排斥力与磁体间距之间的关系,并分析了所构成的非线性振动系统的固有频率特点,同时也实验测试了多对柱形永磁体间的排斥力与磁体间距之间的关系.结果表明,用理论计算方法和有限元分析方法来计算柱形永磁体的磁力是...     

圆筒型Halbach永磁直线发电机磁场结构的优化

为了提高永磁发电机的发电功率和永磁体的利用率,提出了一种新型的用于海浪发电的圆筒型Halbach永磁直线发电机。该发电机内的电磁场具有轴对称性,故将其三维电磁场简化为二维场进行分析,建立了二维有限元方程。应用ANSYS软件对使用常规永磁阵列与Halbach永磁阵列时发电机的气隙磁场进行了比较,也对Halbach永磁阵列中相邻永磁体块的磁化角度差δm分别为45°、60°、90°时发电机的气隙磁场进行了比较,得出了结果较优的方案,结果可靠。     

Experimental study of a PM-HTSC hybrid magnetic levitation system

A principle of hybrid magnetic levitation system using permanent magnets (PMs) and high-temperature superconductors (HTSCs) for a linear-motor-type carrier system in a high-quality clean room and a magnetic bearing for the flywheel energy storage system are discussed. A substantial levitation force was generated by the repulsive force between like poles of coupled magnets. However, the repulsion system with magnets is essentially unstable without control. Thus, HTSCs are applied for control elements of the PM-HTSC hybrid magnetic levitation system. In this system, the levitation force becomes stronger than in the system without PM, and we can expect sandwich-type magnetic bearing capable of sustaining greater force.     

Performance Evaluation of an Axial‐Type Magnetic‐Geared Motor

This paper first proposes an axial‐type magnetic‐geared motor that uses permanent magnets only in the high‐speed rotor. The operating principle of this motor is described and the torque–speed characteristics are computed by using three‐dimensional finite element method analysis. In order to increase the torque density, a novel axial‐type magnetic‐geared motor with permanent magnets on the high‐speed rotor and stator is also proposed. The torque–speed characteristics are compared to the original model with permanent magnets only on the high‐speed rotor. Finally, the computed torque–speed characteristics are verified against measurements on a prototype.     

纳米交换耦合稀土永磁材料研究进展

纳米交换耦合稀土永磁材料是纳米尺度的软磁相和永磁相依靠交换耦合作用来提高永磁性能的未来磁体,是一种人工设计的材料,为稀土永磁材料提供了新的研究方向。从理论上,通过纳米交换耦合可以突破原有稀土永磁材料的最大磁能积极限值,有希望开创新的思维方式——从制备途径来研究第四代稀土永磁材料,而不是延续前三代从化学组成上进行探索。20世纪90年代,研究人员提出了纳米交换耦合稀土永磁材料的概念,到21世纪研究人员分别对SmCo5/α-Fe、Nd2Fe14B/Fe67Co33、SmCo7/FeCo、(SmCo+FeCo)/Nd2Fe14B等纳米交换耦合永磁材料进行了研究。通过新的制备工艺可突破原有稀土永磁材料性能的理论极限值,最大磁能积得到大幅度提高,为稀土永磁材料的高性能化提供了一个新的途径。     

永磁偏置磁轴承的研究现状及其发展

永磁偏置磁轴承是飞轮储能和涡轮分子泵等高速应用领域的一个重要研究内容.本文对永磁偏置磁轴承的研究现状及其未来发展进行了详细阐述.将永磁偏置磁轴承分为轴向单自由度、径向两自由度、轴向-径向三自由度及五自由度磁悬浮系统分别进行研究,研究其结构形式,绘制结构示意图,结合磁路图分析其工作原理,比较同类磁轴承优劣,指出其应用场合.对永磁偏置磁轴承的未来发展进行了研究,提出了众多结构形式的永磁偏置磁轴承,功耗低、结构简单、控制方便的永磁偏置磁轴承将是未来研究的主要方向.     

Cogging Torque Characteristics of a Magnetic‐Geared Motor

This paper describes the cogging torque characteristics of a magnetic‐geared motor with permanent magnets only on the high‐speed rotor. The operational principle, which is different from that of the magnetic‐geared motor with permanent magnets on the high‐speed rotor and stator, is described. The torque characteristics, especially the order of the cogging torque, are mathematically formulated and verified by conducting 3D finite element analysis and carrying out measurements on a prototype. A novel cogging torque reduction method is proposed and verified as well.     

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有：减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。