轴向磁场无铁心永磁电机电磁力及转子机械强度的研究

轴向磁场永磁电机因其结构紧凑、功率密度高等优点获得越来越多的应用,对于无铁心轴向磁场永磁电机,转子盘体之间的轴向电磁力有可能会引起转子的变形,从而影响电机运行的可靠性。研究了轴向磁场无铁心永磁电机的电磁场及转子的机械强度,利用有限元分析方法和解析方法计算了电机两个外转子之间的电磁力。将该电磁力作用于转子盘上,利用结构有限元分析方法仿真分析转子盘体应力及最大变形,为转子结构的优化设计提供依据。     

汽轮发电机三相突然短路故障转子动态电磁力计算

三相突然短路是汽轮发电机的严重故障之一,对转子造成很大的电磁冲击力,甚至引起机械疲劳的转子表面龟裂。因此,掌握三相突然短路时汽轮发电机转子铁心电磁力的分布特点并找出电磁力集中的位置是优化设计转子铁心结构的重要前提。首先建立了汽轮发电机三相突然短路的场-路耦合仿真模型,然后以一台600 MW汽轮发电机为例,计算了三相突然短路过程,最后获得了转子齿顶和转子齿壁上电磁力的分布与动态变化规律,并与额定工况进行对比,找到了电磁力集中的位置。该研究为汽轮发电机转子铁心结构的优化设计提供了理论参考。     

双并列转子永磁直驱电机转子不平衡力分析与优化

双并列转子永磁直驱电机受轴间距限制,设计时会切掉部分定子铁心和绕组,造成转子电磁力不平衡。为最大限度地抑制转子所受的不平衡电磁力,该文从双并列转子结构出发,分析了电机绕组电感参数不对称的原因,提出通过合理设计线圈跨距和分布平衡三相电感。在此基础上,构建转子所受总电磁力的数学模型,理论分析各个分力的来源及影响因素,研究各个分力对转子所受总电磁力的影响,提出了优化占空角、优化耦合间距、采用定子端部不对称结构、采用转子偏心结构和切除部分单元电机五种优化方法,实现对转子所受电磁力的优化,探讨了不同方法的优化效果,以及其对转矩脉动的影响,总结了不同优化方法的优缺点。     

笼型感应电机发生断条故障时转子局部电磁力计算

电磁应力是导致笼型感应电机发生断条故障的原因之一。基于二维瞬态磁场结果,结合麦克斯韦张量法和洛仑兹力原理,对电机故障前后的转子铁心、导条所受电磁力进行计算,通过将该方法算出的转矩值与局部雅各比导数法得到的结果进行核对,并与实测电机转矩值相比较,验证了该方法的准确性。根据电机在不同断条程度时转子上各类电磁力的分布规律,得出了故障时电磁力分布的非对称性特征及应力集中位置,从磁应力的角度分析了故障电机进一步断条的可能性。计算得到的电磁力结果可作为求解转子结构形变的载荷,该文所提出的局部电磁力分析思路也可以为求解其他故障类型的电磁力问题提供参考。     

基于二维电磁场仿真电机轴向力的计算方法

本文首先提出了斜槽引起的轴向电磁力的解析计算方法,并推导出计算公式;在理论分析的基础上,提出了基于二维静态电磁场仿真电机因定转子不对齐引起的轴向电磁力的计算方法,并具体介绍了单段铁心和多段铁心电机的仿真步骤,经实验验证表明所提出计算方法理论正确,计算精度高,可大大减小计算量。     

紧凑型变频调速永磁同步电机转子拓扑结构对比分析

以1台72槽6极内置式变频调速永磁同步电机（VFAS-PMSM）为例,运用数值法和有限元仿真分析,从空载反电动势及谐波含量、齿槽转矩波动和损耗等方面对比不同转子拓扑结构对电机电磁性能的影响。另外,通过考虑径向电磁力对转子应力的影响,运用数值分析和电磁-结构静力学耦合仿真不同转子拓扑结构时转子铁心的受力及变形情况。通过样机试验,验证了所设计的内置式VFAS-PMSM转子拓扑结构对比分析方法具有一定的指导意义。     

基于内聚力模型的永磁电机转子强度分析

目前,针对内置式电机转子强度的研究,主要集中在转子的结构形状和尺寸大小上,并未考虑到铁心与磁钢之间的环氧树脂胶的影响。以500 kW永磁电机转子为研究对象,充分考虑到胶对电机转子的影响,首次提出了基于内聚力模型的电机转子强度分析方法,并给出了内聚力理论模型。通过基于内聚力模型的仿真结果与未考虑胶的仿真结果对比分析得出,基于内聚力模型的仿真结果更加符合实际情况,铁心应力有明显减小,磁钢应力分布更均匀,整体的径向位移变小。对不同强度胶的电机转子分析,通过铁心强度、磁钢强度、接触间隙、接触压强及径向位移等数据优化得出,500 kW电机转子的设计中,选用11MP强度的胶为最佳,使得电机转子铁心和磁钢综合强度最优。     

注塑机用永磁同步电动机的设计与分析

为改善注塑机用永磁同步电动机的气隙磁密波形,降低振动和噪声,提出一种新的转子结构。设计了一台8极36槽永磁同步电动机,在转子铁心上适当打孔和开槽,借助电磁场有限元分析软件ANSYS Maxwell,建立电机模型,并对电机空载气隙磁场、齿槽转矩、电磁转矩及径向电磁力波进行了分析与计算,仿真结果表明,采用该转子结构可减少电机转矩脉动和气隙磁场谐波。样机试验结果验证了该电机设计的合理性。     

定子槽开口对感应电机转子涡流损耗的影响

为了精确计算感应电机转子上的涡流损耗并探讨定子开槽对其产生的影响,对于额定功率为2.2 k W极对数为4的小型铸铝转子感应电机中转子涡流损耗情况进行了详细分析。通过建立不同定子槽开口的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论分析与二维有限元的计算方法,研究了电机气隙谐波磁场与定子槽开口的关系,揭示了转子中不同位置的磁密与涡电流分布情况,并对比分析了不同槽开口模型中转子铁心与导条中涡流损耗的大小关系。仿真结果表明:气隙中的谐波磁场以及转子铁心表面的涡电流密度都随着定子槽开口增大而增大;转子铁心及导条中的涡流损耗随定子槽开口的增大呈二次函数的增长趋势。     

一种减小永磁电机转子损耗的转子结构

单层分数槽集中绕组具有良好的物理隔离、热隔离和磁隔离能力,故其特别适用于表贴式永磁同步容错电机。针对单层分数槽集中绕组磁场的低次谐波幅值很高,从而引起高的永磁体涡流损耗和转子铁心损耗的缺点,提出了一种单层分数槽集中绕组表贴式永磁同步容错电机的转子模块化结构,分析了该种转子模块化结构减小转子损耗的原理,并以12槽5对极电机为例,通过仿真计算对比了所提结构与其它削弱电枢磁场次谐波技术对电机各项性能的影响。研究结果表明,采用该结构后可以降低电机转子损耗约36%,提高平均转矩5%～10%。     

开关磁阻电机转子动力学建模与分析

超高速电机和普通电机相比,在功率密度、体积重量和传动效率上具有明显的优势,在航空航天、能源、高速加工等军事和民用领域具有广泛的应用前景。由于开关磁阻电机(SRM)具有结构简单坚固,转子上无永磁体和绕组,对高温等恶劣环境适应能力强等优点,最具开发成超高速电机的潜力。转子动力学设计是旋转机械设计中的重要环节。本文计算了开关磁阻电机偏心转子在各种电流和偏心度下的不平衡磁拉力,并在此基础上提出了开关磁阻电机不平衡磁拉力特有的脉冲性。作者建立了开关磁阻电机转子动力学模型,实现离心力和电磁力的解耦,并进行了一系列的仿真,为高速开关磁阻电机的设计提供参考依据。     

不同转子结构无刷双馈电机的电磁和动态特性分析

简要介绍了无刷双馈电机(BDFM)的结构特点和工作原理,利用Ansoft/Maxwell建立笼型转子和磁障式磁阻转子的BDFM模型,进行了二维瞬态电磁场有限元计算,得出电机磁力线分布、气隙磁通密度波形,通过对气隙磁通密度波形的谐波频谱分析,得到了磁障式磁阻转子结构具有较好磁场调制效果。研究了由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态的动态响应能力和机械负载突变时的转速转矩变化情况。结果表明磁障式磁阻转子BDFM在由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态下,具有较好的动态响应能力,同时在加载时稳定性也较好,为进一步深入研究BDFM转子的优化设计和运行稳定性提供了参考。     

转子分段斜极永磁同步电机电磁振动噪声研究

基近年来永磁同步电机(PMSM)以其高效、节能的优点被广泛应用于电动汽车行业。然而电机的高频噪声已成为限制PMSM发展的关键因素。鉴于此,建立了一种能够进行电磁噪声预测的多物理场仿真模型,验证了所建立的仿真模型在预测和评估电磁噪声方面的有效性。另外,提出了一种可影响电磁噪声的转子分段斜极模型,并详细研究了斜极角对电磁噪声的影响。通过研究对电磁噪声影响较大的低阶径向磁力的光谱特性,比较分析了有无转子分段斜极的永磁同步电动机的电磁噪声特性分布。实验结果表明:在不同的斜极角下径向力密度的光谱是不同的;在频率范围内有转子分段斜极电机的SPL高于无转子分段斜极电机的SPL;所构建的基于多物理场的仿真模型能够很好地预测电磁噪声。     

基于电磁场的无刷直流电动机转子结构优化

利用电磁场有限元法，对目前无刷直流电动机本体普遍采用的表面式结构进行分析，结合电磁场分析结果，提出了改进电机转子结构的方法，并给出了优化后几个主要尺寸的实用工程算法。     

考虑定子斜槽及转子运动的外转子无刷直流电机数值计算

本文采用有限元法对外转子无刷直流电动机的电磁场进行数值计算,分析了电机定子斜槽与相反电势波形的关系,提出了采用运动气隙边界法处理定转子相对运动、利用矢量叠加计及定子斜槽的方法。计算结果表明:定子齿槽对于相反电势的影响较大,定子槽斜一个槽距后相反电势的波形明显得到改善。     

恶劣环境中的新型无刷直流电机转子位置传感器

为了在高温等恶劣环境中实现无刷直流电机(BLDCM)的伺服控制,提出了一种基于电磁原理的新型BLDCM转子位置传感器。传感器激励用集中绕组对称地安放在定子槽的中心位置,检测用集中绕组密绕在定子齿上,转子外圆周表面设计有与电机N极和S极位置对应的凸起和凹陷。实际工作时,以正弦交流电作为励磁载波,单个检测绕组和激励绕组间的总互感是转子位置角的函数,通过对检测绕组中感应调幅波的监测即可实现转子位置的检测。传感器定子、转子铁心均由新型软磁合金薄片堆叠而成,励磁载波的频率可提升至100kHz。建立了传感器的线性模型和等效磁网络模型,并以后者为基础利用模拟退火算法对系统的结构参数进行了优化。利用ANSYS软件对传感器进行了有限元分析,并设计了相应的试验系统。仿真和试验结果验证了整体设计方案的正确性和有效性。     

深槽式笼型转子无刷双馈电机的仿真分析

针对笼型转子无刷双馈电机转子磁场调制能力差、电机效率低特点,利用Ansofi软件对一种新型深槽式笼型转子无刷双馈电机进行建模仿真,得出电机磁力线分布图,气隙磁通密度波形,再利用MATLAB软件计算出气隙磁通谐波含量,与具有较好磁场调制能力的凸极加导条转子无刷双馈电机的仿真结果进行分析对比,得出深槽式笼型转子结构简单可靠...     

Multiphase Flux-Switching Permanent-Magnet Brushless Machine for Aerospace Application

Flux-switching permanent-magnet (FSPM) brushless machines have attracted considerable interest as a candidate machine technology for applications requiring high torque density and robust rotors. To date, published findings have focused exclusively on single- and three-phase FSPM machines. This paper investigates FSPM brushless machines of higher phase numbers by means of a detailed comparison of the electromagnetic performances of three-, four-, five-, and six-phase variants within the specific context of aerospace machine. Machines having both all poles and alternate poles wound are investigated, with the latter offering scope to reduce mutual coupling between phases so as to achieve improved fault tolerance. The finite-element (FE)-predicted electromagnetic performances in both machines, such as electromotive force waveform, winding inductance, cogging torque, and static torque, are validated by the experiments made on a small-scale five-phase FSPM machine. The nature of the machine specification requires that consideration must be given to mechanical stress in the rotor and the tradeoff with electromagnetic design considerations, notably the degree of rotor saliency which can be incorporated. Therefore, a mechanical FE study of the rotor mechanical stresses of multiphase FSPM machines is also comparatively assessed.      

转子不同方式分段斜极对永磁同步电机噪声的影响

电磁振动噪声水平是衡量电动汽车舒适性的综合指标。径向电磁力是电磁振动噪声的主要激振源。对电动汽车驱动用永磁同步电机(PMSM)的径向电磁力进行分析,对径向电磁力时空分离得到的三维频谱图提取出对电磁噪声影响较大的时空阶次及力密度,再运用有限元法对转子不同方式分段斜极的PMSM进行振动噪声仿真,通过结果对比找到最优的转子分段斜极方式。