基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算

永磁同步电机永磁磁动势和电枢反应磁动势作用于磁路在气隙处除产生基波磁场外,还产生各种谐波磁场.气隙处各种谐波磁场相对于永磁体转速不同,相对转速不为零的谐波磁场会在永磁体内部感应出电场产生涡流损耗,引起永磁体发热甚至去磁.从产生涡流损耗原因入手,在二维直角坐标系下建立电磁场方程,得出了永磁体涡流损耗的解析解,并分析涡流损耗与电机参数的关系.对一种直驱式表贴永磁同步风力发电机进行了解析计算,并利用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明此方法可行.     

基于感应励磁的混合励磁同步发电机性能

针对感应励磁发电机结构简单但励磁容量有限,永磁同步发电机磁场难以调节的问题,研究了一种将二者励磁功能相结合的混和励磁发电机。气隙中大部分磁场由转子上的永磁体提供,当需要调磁时,通过定子直流绕组与转子上感应绕组的感应作用,在感应绕组上获得调节磁动势,实现发电机磁场的调节。转子上两种励磁源为并联关系,调磁磁路磁阻小,无电刷-集电环系统,保证了发电机的结构简单、可靠性。在原理分析的基础上,使用二维有限元法对电机的磁场调节能力和负载特性进行分析,并进行了样机实验。有限元分析与实验结果都表明,与同结构参数的永磁同步发电机相比,混合励磁同步发电机具有灵活磁场调节能力;而相对于同一定子励磁磁动势的感应励磁发电机,该发电机输出容量大幅度提高,克服了感应励磁不适用于大容量发电的问题。     

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。     

Halbach圆筒型永磁直线同步电机永磁体用量优化研究

本文提出一种减小径向充磁永磁体厚度的Halbach圆筒型永磁直线同步电机结构,在不降低平均推力的情况下减少永磁体用量,从而降低成本。首先,通过磁路法计算得到直线电机气隙磁密公式,分析了永磁体相关尺寸与气隙磁密的关系。应用有限元方法分析了电机分割比λ、径向充磁永磁体厚度P_r和径向充磁永磁体长度■_(mr)变化对电机气隙磁密、平均推力以及永磁体用量的影响。以最大平均推力为目标确定了电机尺寸,比较了传统Halbach TPMLSM与减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM的气隙磁密和推力。结果表明,减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM比传统Halbach TPMLSM永磁体用量降低了15.27%,平均推力提高1.07%。最后,通过样机测试对仿真分析进行验证。     

一种永磁同步电机谐波优化方法

针对永磁同步电机谐波含量高的问题,设计一种内置永磁体桥的方法。与表贴式永磁同步电机相比,该永磁体桥结构的电机谐波含量较低。对两种永磁体桥结构电机的性能与充磁角度进行了详细的比较分析,有限元仿真结果表明,永磁体桥充磁方向会增大气隙磁密基波幅值,降低谐波畸变率,使磁密波形更具正弦性。     

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。     

不同转子结构的永磁半直驱同步风力发电机电磁场的计算与分析

以1.5MW永磁半直驱式同步风力发电机为研究对象,设计了定子252槽、转子32极、永磁体在转子嵌放位置不同的发电机方案,建立电磁场二维有限元计算模型。分别给出两台风力发电机空载和负载两种工况下的磁场波形,并给出两台电机各取一个单元电机内的负载径向气隙磁密谐波分解图,同时计算了负载时绕组磁动势的谐波含量。此外,对相同类型结构的小型永磁同步风力发电机的实测数据与理论计算结果进行比较,为设计大容量永磁半直驱风力发电机提供了一些有意义的参考。     

磁钢充磁方式对表贴式永磁电机磁场影响分析

针对永磁电机中不同充磁方式时磁场的分布和强度不同,分析了径向、平行和Halbach 3种磁体结构,建立了内转子和外转子永磁电机的有限元分析模型,对比3种充磁方式时永磁电机气隙磁场的分布特点,明确了3种充磁方式的适用场合,给出了极对数和永磁体厚度对电机气隙磁场分布影响的变化规律.结果表明;采用平行充磁的内转子永磁电机有更...     

切向充磁的异步启动永磁同步电机的一种精确磁路模型

本文针对切向充磁的异步启动永磁同步电机,考虑转子开槽及隔磁槽漏磁、气隙漏磁、磁桥漏磁及装配气隙等的影响,提出了一种较为精确的等效磁路模型,它可快捷、精确地求取永磁体的工作点、漏磁系数、气隙磁密、定转子饱和程度等重要参数;推导了相关的磁路磁密及磁动势计算公式,编制了电机磁路计算程序.有限元对比分析表明,该模型具有较高的计算精度.     

永磁同步发电机不同转子结构的对比分析

永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率因数和效率较高等众多优点,在众多领域有着广阔的应用前景。在其三种转子结构中,内嵌式永磁同步发电机的优越性更为突出。现利用Ansoft有限元分析软件对内嵌式永磁同步发电机转子永磁体分别采用双"一"型和双"U"型结构进行了研究,对比分析了两种电机的磁力线分布、磁场云图分布、气隙磁密、绕组磁链、电枢绕组输出电压和电磁转矩。结果表明,双"U"型永磁同步发电机的转子饱和程度低,基波气隙磁密含量较高,无用谐波含量较低,永磁体的利用率相对较高,成本较低,电机性能较优。     

永磁同步电动机气隙磁密优化方法研究

对表贴式永磁同步电动机的空载气隙磁密波形进行了分析,从而提出采用若干块永磁体代替通常的单块永磁体作为一个主磁极的方法来改善气隙磁密波形;导出了削弱气隙磁密空间谐波的数学模型,依据该数学模型建立了永磁同步电动机的有限元仿真模型.有限元计算结果表明,该方法可以很好地改善气隙磁密波形,减少气隙磁密空间谐波的含量.     

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。     

径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机

横向磁通永磁发电机的旋转方向垂直于内部永磁体产生磁力线所在的平面,解决了传统永磁发电机磁路和电路相互制约的问题。因其具有高转矩密度、良好低速特性等优势,故在低速直驱风电领域得到了广泛的关注。基于目前磁通切换型横向磁通永磁风力发电机永磁体利用率不高的问题,本文提出了一种径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机结构,在阐述了径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机的基本结构和原理之后,为得到发电机设计时的主要参数,通过传统永磁发电机经验公式推导出该发电机的电磁设计公式,在此基础上通过ANSYS Maxwell软件对径向充磁双绕组横向磁通永磁发电机空载情况进行三维有限元分析,得到内、外齿下气隙磁密、磁链和反电势等参数,验证了所设计发电机的合理性。     

两极永磁电机静态内外磁场研究

考虑永磁电机对环境磁场影响,对静止时两极平行充磁的永磁电机进行理论建模,提出永磁电机内外各个域(转轴、永磁体、气隙、定子铁心、环境)的磁场理论模型,分析磁场分布规律,并利用有限元和实验进行验证.对永磁电机环境磁场分析、地磁测量设备的磁场补偿、外部漏磁优化具有一定的参考意义.     

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。     

永磁电机中Halbach充磁与平行充磁的分析比较

介绍了Halbach磁体的排列及其内部充磁时构成的永磁电机气隙磁密的解析解，通过对平行充磁和Halbach充磁时气隙磁密数值解的分析比较来说明Halbach充磁的优点。     

基于MVO的表贴式Halbach永磁同步电机优化设计

本文提出了一种采用Halbach充磁的新型不均匀表贴式转子结构的永磁同步电动机。在转子永磁体材料用量相同的前提下,该电机所采用的不均匀不等厚永磁体结构能够有效地改善气隙磁密波形,从而提高电机性能。为了得到转子永磁体形状的设计参数,建立了该电机的数学模型,以气隙磁密基波含量、谐波畸变率和永磁体用量为目标函数来进行电机的优化设计。为了寻找目标函数的最值,首次采用Multi-Verse Optimizer(MVO)优化算法进行寻优,提高了寻优速度和准确性。非均匀Halbach阵列结构电机与传统均匀分布Halbach充磁电机进行了仿真性能对比,结果表明,非均匀Halbach阵列结构电机可以进一步改善气隙磁密波形,提高电机性能。     

可变磁通永磁记忆电机调磁特性

建立了可变磁通永磁记忆电机永磁体连续去磁和重新充磁的磁化模型,给出了去磁时的回复线方程和充磁时的局部磁滞回线方程,采用有限元法对电机施加不同定子直轴电流时的磁通分布和永磁体内的磁通密度变化进行了分析,据此计算了电机永磁体在不同磁化状态时的气隙磁通密度、相磁链、相反电动势、每极气隙磁通等参数。文中给出了记忆电机连续去磁与充磁的有限元分析流程。设计制作了一台样机进行了实验验证,实验结果与有限元计算结果吻合较好。有限元计算与实验结果同时表明,记忆电机能实现连续近似线性去磁,但增磁特性呈非线性;永磁体的充磁比去磁困难,饱和充磁电流大约是完全去磁电流的4倍。     

新型磁通切换电机原理和特性分析

提出了一种内嵌有径向充磁永磁体的新型磁通切换电机,分析了径向充磁永磁体对电机的影响,并对电机的工作原理进行了分析。建立了12/10极磁通切换电机的有限元模型,对电机的静态特性进行了研究,包括气隙磁密、磁链、反电动势和电感等特性。计算结果表明,内嵌有径向充磁永磁体的磁通切换电机可以有效减小定子轭部的漏磁,增强永磁材料的利用率;同时新拓扑结构的磁通切换电机的绕组具有一致性和互补性。