考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

基于精确子域模型的游标永磁电机解析磁场计算

游标永磁电机是一种基于磁场调制原理的新型电磁传动装置,适用于船舶推进、风力发电等低速大转矩的应用场合。准确计算游标永磁电机的磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。关于电机解析磁场计算,该文讨论和比较了一极一槽模型和精确子域模型。以表贴式游标永磁电机为研究对象,在气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽子域和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法直接求解。模型建立在二维     

表贴式永磁游标电机电磁特性和实验验证

为验证表贴式永磁游标电机高转矩密度的基本原理,基于表贴式永磁游标电机基本方程的分析,研究了电机关键参数对转矩的影响。设计了电机参数,给出了结构示意图,根据定子槽数和极对数,分析了槽电动势星形图,并给出了绕组连接图。基于二维有限元模型深入分析了电机的电磁特性,包括空载磁链、空载电动势、两种励磁源单独作用时的气隙磁密、齿槽转矩和电磁转矩。制作了永磁游标电机实验样机,对其空载反电势进行了测试。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和二维有限元模型的准确性,为永磁游标电机的精确控制提供了有力支撑。     

基于解析法的永磁游标电机退磁分析

本文研究了三种不同退磁方式对永磁游标电机的电磁性能的影响,建立了永磁游标电机的退磁解析模型.该解析模型建立在精确保角映射的基础上,能准确地反映永磁游标电机的有槽气隙与无槽气隙之间的关系,从而准确计算磁场分布.针对永磁游标电机的退磁分析中存在的问题,提出了退磁电流与退磁永磁体之间的等效变换,在此基础上通过完全保角映射后得...     

轴向充磁圆筒型永磁直线同步电机气隙磁场解析计算

介绍了一种基于许-克变换法的轴向充磁结构圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM)气隙磁场解析计算方法。首先采用许-克变换法计算出无齿槽时电机的气隙磁场;然后利用许-克变换法求取初级铁心开槽时的气隙相对比磁导函数,分析铁心开槽对气隙磁场的影响;最后通过无齿槽时的气隙磁场与有齿槽时的气隙磁场相对比磁导函数得到有齿槽时电机的气隙磁场分布。同时给出了该种充磁结构TPMLSM气隙磁场解析计算表达式,并以1台36/12极槽配合轴向充磁TPMLSM样机进行试验。试验结果证明空载气隙磁场的有限元分析值与解析值较吻合,空载电动势(EMF)计算值、试验测试值、有限元分析值一致。     

直线电机不均匀气隙磁场解析计算方法

直线感应电机运行时,其初级和次级之间可能因不平行而形成不均匀气隙,从而造成电机磁场分布变化。对于这种不均匀气隙的电机磁场分布的计算,沿用传统的基于均匀气隙的公式则会使误差增大。为解决此问题,首先基于电磁场理论,提出了一种不均匀气隙直线感应电机磁场的解析计算公式;其次根据直线电机特性对解析公式进行修正;最后将解析公式计算结果与有限元方法计算得到的气隙磁场分布结果进行了对比。对比结果表明,这种考虑了气隙不均匀的解析磁场计算方法相比不考虑气隙不均匀的计算,其平均误差减小50%以上,为直线感应电机的设计和控制效果的提升提供了一种有益的参考。     

动磁式永磁直线无刷直流电机气隙磁场的解析分析

为了解动磁式永磁直线无刷直流电机内气隙磁场的分布,用解析法对电机的气隙磁场进行了数学建模.通过求解拉普拉斯方程,计算了电机内气隙磁场的二维标量磁势,进而得到了电机内气隙磁感应强度的解析式.用建立的解析模型和有限元法分别对定子表面的气隙磁感应强度进行计算,发现两者的计算结果能够很好的吻合,验证了解析模型的正确性.用解析法讨论了占空比、磁极厚度和气隙长度变化对气隙磁感应强度产生的影响,结果表明气隙磁感应强度随永磁体厚度的增加而增大,但会逐渐进入饱和;而气隙磁感应强度也会随着气隙长度的变大而减小.通过对气隙磁场的分析,为相应电机的设计提供了依据.     

永磁游标电机的保角映射解析法建模与分析

由于永磁游标电机定子槽开口形状复杂,故采用基于保角映射的解析法模型计算的永磁游标电机的电磁性能存在计算误差大的问题。本文提出一种基于完全保角映射的永磁游标电机的解析法模型,通过完全保角映射将永磁游标电机的有槽气隙区域变换到无槽的气隙区域,并建立两者之间的函数关系。变换后的永磁电流和绕组电流在无槽气隙的磁场分布直接通过黑格方程计算得到,最终得到永磁游标电机的解析法模型。该电磁计算方法可以提高永磁游标电机的设计效率。通过一个外转子的分裂齿永磁游标电机验证了该方法。     

高性能磁场调制永磁直线电机研究综述与展望

永磁直线电机(PMLM)直接以直线运动输出功率,具有结构简单、效率高等明显优势,适用于某些直线运动应用场合,受到越来越广泛的关注。分析了PMLM广泛存在的磁场调制效应,对几种典型PMLM拓扑结构进行研究,指出其内在磁场调制机理的应用。同时,针对PMLM结构的特殊性,讨论了几种电磁参数的建模方法。最后,对PMLM磁场理论与拓扑结构研究进行了展望和应用前景分析,对直线电机的实际工程应用具有一定的参考价值。     

三种不同充磁方式圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的大小。利用有限元软件An-sys分析了三种不同充磁方式动子结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。在其它结构参数不变时,分析了极弧系数、永磁体厚度和气隙大小随气隙磁密大小变化规律。得出了在相同条件下,轴向充磁和Halbach充磁方式气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而径向充磁方式气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。     

Design of magnet arrays for permanent magnetic linear motor

An iron-less single side permanent magnetic linear motor structure is presented, and two-dimensional analytical formulae for its magnetic field are deduced to design the types of magnetic arrays, the thickness of permanent magnet, and the duty ratio of magnet arrays, etc. With certain design parameters, conventional arrays are used instead of a piecewise Halbach arrays, and the machining and assembling of the motor are greatly simplified. Calculation results coincide with that of ANSYS. The analytical formulae can be used in designing cored linear motors by modifying boundary conditions. A linear motor driven bench with a single degree of freedom is realized, where the travel reaches 27 mm, the mass of the moving parts is 1.4 kg, and the maximum acceleration is 11.5 m/s². __________ Translated from Journal of Xi’an Jiaotong University, 2007, 41(3): 353–357 [译自: 西安交通大学学报]     

采用新型磁性槽楔的永磁同步电机分析

针对磁性槽楔能够改善电机气隙磁导波形,减小气隙磁密谐波,削弱电机齿槽效应,从而减小电机损耗和转矩波动,提高电机效率的优异特性,提出一种新型的叠片式磁性槽楔。该结构能够进一步优化开口槽电机的气隙磁密波形,降低齿槽转矩,减小电机损耗,同时又不会影响电机定子槽漏抗。本文用解析法分析磁性槽楔磁导率对于气隙磁密谐波以及定子槽漏抗的影响,通过一台130kW的永磁同步电机模型,运用有限元仿真分析比较叠片式磁性槽楔与普通磁性槽楔的电气性能。     

梯形永磁体盘式无铁心电机的设计与研究

针对永磁盘式无铁心同步电机的轴向磁场结构,在现有Halbach永磁阵列的基础上,提出一种梯形结构永磁体阵列。详细阐述该电机的结构与优点,利用有限元方法研究了不同梯形结构永磁体阵列对气隙磁密的影响,根据气隙磁场中的谐波含量及空载反电势畸变率选取最优转子结构。该结构在保证与传统结构永磁体材料用量相当的前提下,有效提高气隙磁密的基波,降低谐波含量。由于轴向磁场结构的特殊性,给出该电机的设计规则,如磁极尺寸和导体占空比的确定。计算了电机在负载工况下不同定子电流对交直轴电感的影响,为该类电机的设计提供了一定的参考价值。     

混合永磁游标电机的交叉耦合特性分析

本文针对混合永磁游标电机在空载/负载条件下的交叉耦合效应,分析两种永磁体的作用机理及其工作点的变化规律.首先,基于有限元法对气隙磁密和空载反电势进行计算,结果表明混合永磁交叉耦合效应会造成低矫顽力永磁体发生部分退磁,从而增加电机在线精确调磁的难度.其次通过矫顽力参数对交叉耦合效应的敏感性分析,说明低矫顽力永磁体的矫顽力...     

一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计

在简述永磁球形多自由度电机的优越性能的基础上,针对一种新型永磁球形多自由度电机提出了4种永磁转子设计方案,对每一种永磁体结构进行了静磁场磁通密度模值和磁场分布计算,建立了球坐标下永磁体磁场解析求解模型,进行对比分析.同时基于三维有限元软件,对各种永磁转子结构的球形多自由度电机转矩特性进行了计算和仿真.设计制备了5个圆柱体组合结构的钕铁硼永磁转子来代替球形结构,制作了模型样机.理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,并对转子永磁体的受力进行了测试,与仿真计算结果一致.     

Modeling of the armature slotting effect in the magnetic field distribution of a linear permanent magnet motor

A method for modeling the armature slotting effect of the magnetic field distribution in the air-gap region of a linear, permanent-magnet motor with armature slots is proposed. By using the concept of permeance, and using the 2-D finite element analysis and curve-fitting method, the relative permeance function of the armature slotting effect is expressed as a function of the motor's geometric parameters. The feasibility of the proposed model is verified by comparing finite element analysis and experimental results for a prototype motor. By using this proposed model, we can perform iterative work such as optimal design with quicker prediction of motor performance. Received: 23 October 2001/Accepted: 24 October 2001     

表面式永磁电机气隙磁场分析

针对表面式永磁电机齿槽结构复杂,应用传统许克变换法很难精确计算电机磁场分布的问题,将表面式永磁电机气隙磁场分为定子绕组和永磁体产生的气隙磁场两部分.应用许克变换工具箱将电机不规则空气间隙转化为几何上简单区域,分析电机定子绕组产生的气隙磁场.将永磁体等效为线电流,借助许克变换工具箱分析永磁体产生的气隙磁场.将定子绕组和永...     

一种初级永磁型直线电动机的推力特性

针对应用于电磁弹射中直线感应电机推力密度和功率因数均较低的问题,提出一种应用于电磁弹射的初级永磁直线电机。给出了电机的结构和工作原理,采用二维有限元方法对电机的静态特性进行分析,给出了电机的磁链、反电动势和电感特性。在静态特性基础之上,通过能量法对电机推力特性进行推导。采用瞬态二维有限元方法对推力特性和电磁弹射的加速过程进行仿真分析,通过试验验证有限元仿真的正确性。仿真和试验结果表明,该电机具有小的定位力、较小的推力波动和简单的控制策略,在电磁弹射系统应用中具有很好的前景。     

横向磁场永磁直线电机连续往复运行时温度场计算与分析

根据横向磁场永磁直线电机在直线运动系统中的具体应用,对连续往复运行工况下电机的温升特性进行了研究。在综合考虑电机结构和运行状态特殊性的基础上,首先,建立横向磁场永磁直线电机包含机壳端盖在内且计及电枢绕组三维结构的温度场计算模型;其次,应用传热学理论,在考虑电机热源、工作状态和电机各部分热交换等因素的前提下,给出电机中材料的热传导系数、比热容以及各个表面散热系数的确定方法,同时,给出动子表面的散热系数、气隙间动子外表面和定子内表面的散热系数随速度的变化规律;最后,计算电机在连续往复运行工况下的瞬态温度场,并通过样机实验对温度场的计算结果进行了验证。