基于气隙磁链模型的大功率永磁同步电动机速度控制

大功率永磁同步电动机相比普通大功率电机,具有功率密度大、转矩脉动低等优良特性受到了高度重视。但是由于电流大气隙磁链极易发生畸变,因此保持气隙磁链的磁场恒定尤为重要。分析了永磁同步电动机气隙磁链形成的原理,建立了一种沿气隙磁链定向的永磁同步电动机数学模型,该模型实现了气隙磁链和电磁转矩的解耦。针对气隙磁链和电磁转矩分别设计了控制器。数值仿真表明,所设计的控制器在实现电机转速控制的同时,能够保持气隙磁链的恒定,有效地抑制了畸变,具有很好的工程应用前景。     

内置式永磁同步电动机转子表面形状的优化

文章介绍了一种优化内置式永磁同步电动机转子形状的方法。该方法通过B样条曲线来确定电机转子表面形状的变量,然后在Ansys软件中建立电机模型,定义设计变量、约束变量和目标函数,最后选择优化方法进行优化分析。分析结果表明:转子表面形状优化后,电机气隙磁场的谐波分量明显较少,从而降低永磁电机的转矩脉动,提高电机的伺服性能。     

Halbach阵列双转子永磁电机磁场分析与转矩计算

双转子永磁电机是一种具有高转矩密度、高运行效率新型永磁电机,双层气隙结构也使电机内部磁场分布更加复杂、转矩波动更为严重。为进一步改善该电机气隙磁场分布,降低输出转矩脉动,内、外侧转子分别建立新型Halbach阵列磁体,使两部分转子同时获得理想的单边磁场。通过建立双转子电机二维有限元模型,计算和分析了电机内、外转子的径向气隙磁密、齿槽转矩、输出转矩脉动等特性,并与径向充磁双转子电机进行比较。结果表明,该方法可以有效优化气隙磁密,降低转矩脉动系数,提高电机运行稳定性。     

数值解析结合法提高电机磁场后处理计算精度

气隙磁场对电机的性能分析十分重要，但是气隙网格的存在使电机磁场后处理计算难以达到满意的精度。采用数值解析结合法计算旋转电机磁场，气隙内无网格，转子可以自由转动，能方便地计算电机感应电动势和电磁转矩，并能容易地找到齿槽定位转矩的最大值，计算精度也相应提高。计算了一台非均匀气隙各相解耦永磁同步电动机的感应电动势和齿槽定位转矩，电动势波形和实验波形取得很好的一致，证明了方法的正确性和有效性。     

基于定子齿冠偏心的外转子永磁电机转矩波动抑制

为了抑制12槽10极风机用外转子永磁同步电动机的转矩波动,研究了定子齿冠偏心的结构。该方法基于不等气隙长度的思想,保持了初始结构的定子齿冠极弧中间部分对应的气隙长度不变,而齿冠两边对应的气隙长度变宽。利用有限元分析软件对采用定子齿冠偏心结构的外转子永磁同步电机进行仿真计算分析,研究了不同偏心距离下电机的转矩波动系数,并分析了齿冠偏心对于输出转矩大小、齿槽转矩以及气隙磁场谐波畸变率的影响。仿真实验结果表明,采用定子齿冠偏心的结构,能有效地抑制输出转矩的波动和齿槽转矩的幅值,使气隙磁密波形得到改善。     

内置式永磁同步电动机转子结构的优化设计

为减小永磁同步电动机齿槽转矩和转动惯量,通过对永磁电机的齿槽转矩数学模型和空载轭部磁场进行分析,得出了通过采取辅助槽有效降低齿槽转矩,并在不影响其性能的前提下凿空转子铁心以减小转动惯量,然后以一台7.5 kW的内置式永磁同步电动机为例,采用上述方法对其转子结构进行了优化设计,最后通过Ansoft软件有限元分析验证了该方法是有效的。     

电动汽车用永磁同步电动机动态性能的改善

永磁同步电动机具有转矩波动小、控制精度高的特点,特别适合于电动汽车。齿槽转矩是转矩波动重要的组成部分。基于Maxwell有限元软件建立电机模型,采用不均匀气隙设计和转子铁心合理的挖孔措施来改善气隙磁场波形,消弱齿槽转矩和增大输出转矩,这样可以提高电机的响应速度的目的。最后,通过试制样机,对测试值与仿真值进行对比,论证了Maxwell仿真设计的正确性。     

基于Maxwell的整数槽永磁同步电动机分析与设计

为降低整数槽永磁同步电动机的振动和噪声,提出一种新的磁极偏移方法,设计了一款2 000 r/min,52 k W、8极48槽永磁同步电动机。基于Ansoft/Maxwell,创建了电动机的二维有限元模型,计算和分析了电动机的齿槽转矩、转子气隙磁场、输出转矩和径向力波。仿真结果表明:通过采用该磁极偏移方法,可以降低电动机的转矩脉动和噪声。仿真结果与样机试验结果误差在5%以内,验证了该电动机设计的可靠性。     

永磁同步电动机齿槽转矩优化设计仿真

分数槽集中绕组永磁同步电动机因产生齿槽转矩及大量的磁动势谐波,会影响电机的工作性能。在分析齿槽转矩及谐波产生原理的基础上,确定了齿槽转矩及磁动势谐波影响因素,对电机结构进行了综合优化设计。针对一款400 W永磁同步电动机,通过对绕组系数、齿槽转矩、力波振动和谐波损耗综合分析,设计了12槽10极双层并联绕组和不开槽定子结构;采用环形永磁体以优化气隙磁密;以体积、成本、性能为综合指标,设计了电机各部分尺寸。通过有限元分析法对电机静磁场特性、空载气隙磁密、齿槽转矩及空载反电动势进行了仿真分析。制造样机并进行了性能测试。仿真与测试结果表明,该电机设计合理,性能优良。     

阶梯气隙结构对U型单相永磁电机自起动性能的影响

针时单相永磁同步电机不能自行起动的问题,采用阶梯气隙结构,使电机静止时在定位转矩的作用下定转子磁场之间存在相位差角,从而实现自起动.利用二维有限元计算的方法,分析阶梯气隙结构对电机电枢磁场和永磁体磁场的影响.针对永磁磁场,利用虚位移法对电机转子在不同位置时的定位转矩进行计算,求得永磁电机的转子初始相位角.得到一系列有关定位转矩、初始相位角与阶梯气隙结构参数之间的关系曲线.利用时步有限元法对U型单相永磁同步电机的起动过程进行动态模拟仿真,通过转速曲线证明了合理的阶梯气隙结构有利于永磁电机实现自起动.     

一种新颖反凸极结构永磁同步电动机的设计与分析

针对具有凸极效应的常规永磁同步电动机的问题,即最大电磁转矩的功角大于90°,在负载运行时永磁体存在较大的退磁危险,提出一种具有反凸极效应的新结构永磁同步电动机,并分别对该永磁同步电动机和传统永磁同步电动机进行了有限元分析,得到了电机的气隙磁密波形和空载反电势波形,并进行了谐波分析,求出了交直轴电感特性和矩角特性曲线。与传统的永磁同步电动机相比,新结构电机不仅永磁体用量减少、气隙磁密波形更接近正弦波,而且具有反凸极特性,减小了电机退磁的危险;并且该电机的最大电磁转矩比传统结构电机提高3.33%,增强了电机的过载能力。     

表贴式PMSM极弧系数对纹波转矩的影响

纹波转矩是各类永磁同步电动机关注的性能指标之一.纹波转矩是定子磁动势谐波与转子磁场谐波相互作用产生的谐波转矩,而引起转子磁场谐波的因素有很多,如极弧系数、槽口宽度、气隙长度等.以表贴式永磁同步电动机为例,在不同的极弧系数下,利用有限元软件分析如何削弱纹波转矩.     

双边永磁励磁游标电机运行原理及电磁特性仿真研究

为了进一步提高电机的功率密度和转矩密度,以满足直驱系统低速、大转矩的运行工况,提出一种新型双边永磁励磁游标(DPMEV)电机。该电机定子和转子上均放置有永磁体,利用定、转子齿对气隙磁导的双向调制作用,将两组永磁体产生的永磁磁场调制成少极数、高转速的有效谐波磁场,并根据有效谐波磁场设计电枢绕组,从而使定、转子上两组永磁体同时与电枢绕组耦合。介绍了DPMEV电机的拓扑结构。基于等效磁路法,对该电机的气隙磁通密度进行了分析,表明该电机可利用气隙磁导的双向调制作用,实现电机功率密度和转矩密度的有效提高。在深入分析电机工作原理的基础上,通过有限元法对DPMEV电机进行了计算和分析,验证了该电机具有适用于直驱系统的高功率密度和高转矩密度特性。     

异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析和削弱措施研究

现有的齿槽转矩研究主要集中在定转子单边开槽的永磁电机,而异步起动永磁同步电动机定转子双边开槽,其齿槽转矩目前尚无有效的研究方法。文中提出了一种新的转子永磁磁动势等效方法,有效避免了转子开槽导致的气隙计算复杂性,基于能量法给出了异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析方法,分析了极槽数配合及定子斜槽对齿槽转矩的影响。研究了通过改变转子齿宽及转子不等齿宽配合削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并给出了相应的转子齿宽确定方法。利用有限元法验证了上述削弱措施的有效性,并分析了对电机性能的影响。     

双转子无铁心永磁同步电动机的设计与仿真

提出了一种能提高电机转矩密度和效率的双转子无铁心永磁同步电动机。分析了该电机的基本原理、结构和特点。设计了一台样机,并用有限元分析方法对电机的空载和额定负载性能进行了仿真,并与同功率的常规永磁电机进行了对比。仿真及对比结果证明了设计方案的可行,电机性能良好,对同类的双转子无铁心永磁同步电动机设计提供一定的参考。     

基于磁网络模型方波永磁电机气隙磁场的研究

对于方波无刷直流电动机来说,如何保证电机低速运行时转速的平稳是调速电机运行的难点之一,反映在设计上乃是如何有效地设计气隙磁场波形,减小定位转矩。文章针对面向气隙磁极结构的永磁电机,根据磁通管原理形成了永磁电机的等效磁网络,把细分的思想应用于永磁体模拟,建立了永磁体较为精确的网络模型,对影响方波无刷直流电动机气隙磁场及定位转矩的几个参数进行了深入探讨及磁场计算,为永磁电机的设计及动态性能仿真提供了一种有效的分析方法。     

三相永磁同步电动机偏心转子结构瞬态分析

分析和研究了三相永磁同步电动机偏心转子结构的优点。运用Ansoft语言建立了仿真模型。以一台三相永磁同步电动机为例,仿真了偏心转子与整圆转子结构时的电机瞬态过程,并给出了空载反电势、齿槽转矩的瞬态曲线。通过仿真与理论相结合进行分析,得出三相永磁同步电动机采用偏心转子结构后,电机空载反电势及齿槽转矩变化的趋势。     

双转子径向永磁电机气隙磁密的分析计算

双转子径向永磁电机可以大大提高转矩密度和效率。该文首先简要介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理、特性及设计依据,然后采用等效磁路法对气隙磁密进行了解析,最后利用有限元法对所设计电机进行了静态磁场的分析和气隙磁密计算值的验证。结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,气隙磁密的解析值和有限元计算值也吻合得较好,证明了分析和设计的可行性。     

永磁伺服电机转子偏心对电机性能的影响研究

针对永磁伺服电机转子偏心对电机综合性能的影响,以一台14 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,建立了电机二维电磁场数学模型,给出了求解域以及相应的边界条件;采用有限元计算方法,计算分析了永磁电机转子偏心对气隙磁场的影响,给出了转子偏心影响气隙内谐波磁场的变化规律,并与部分实测数据进行了对比。在气隙谐波磁场分析的基础上,定量分析了气隙谐波磁场的变化对电机输出转矩和电机转子表面涡流电密的影响,给出了静态偏心、动态偏心以及不同偏心程度情况下电机输出转矩、电机转子涡流损耗的变化规律,并进一步揭示了涡流损耗变化的机理,为深入研究永磁电机偏心对电机性能的影响提供了理论基础。     

磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机的设计与分析

在现有Halbach阵列永磁电机的基础上,提出了一种磁极组合式的Halbach永磁阵列轴向磁场无铁心电机,阐述了该电机的结构与优点,分析了该电机的电磁转矩。借助三维有限元分析方法,优化设计了组成转子磁极的Halbach永磁材料、软磁材料尺寸。在综合考虑单位体积永磁体所产生电磁转矩和气隙磁密正弦性的基础上,确定了电机转子磁极上轴向磁化、切向磁化永磁体以及软磁材料的极弧系数。与传统Halbach结构轴向磁场无铁心永磁电机相比,优化后的磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机,在保证气隙磁密大小一定的基础上,减少了永磁体用量,降低电机造价,从而提高了电机性价比。样机实验和有限元分析结果验证了所设计电机的正确性和有效性。