基于气隙磁场谐波分析的汽车发电机爪极优化选择

结合汽车发电机的电磁场模型及由其特殊的转子结构所组成的汽车发电机系统,引用基本的电磁场理论和气隙磁场谐波理论,推导了汽车发电机中气隙磁场波形畸变的重要影响及其规律.利用Maxwell 3D软件建立三维有限元电磁场分析模型,得出基本的电磁场分布场图,着重求导了基于傅里叶分解的气隙磁场的谐波分析,并在此基础上通过比较分析不同爪极斜角结构时谐波成分的组成与大小,对发电机转子的爪极尺寸进行优化,提高了汽车发电机的输出效率等性能,并实验验证了理论分析结果的正确性.     

汽车发电机变化气隙磁导模型的建立

推导了汽车发电机中气隙磁导的计算模型。考虑汽车发电机高速运行中承受旋转离心力和电磁激振力而导致转子爪极形变,建立了汽车发电机的变化气隙磁导模型。建立汽车发电机的Maxwell 3D计算模型,得出汽车发电机额定转速下的爪极形变前后的磁场分布和气隙比磁导基波分布,并对其气隙磁密的各次谐波进行了分析比较,证明了建立变化气隙磁导模型的合理性,为汽车发电机中气隙磁场分析和振动噪声分析进行精确的设计计算提供指导意义。     

电励磁爪极发电机气隙磁场与径向电磁力的解析计算模型

爪极发电机因其特殊的转子结构导致磁场空间分布复杂,通常需要建立三维有限元模型对其进行计算分析。而三维有限元方法计算费时,且不便于分析发电机结构及电磁参数对磁场和电磁力的影响,因此提出一种气隙磁场与电磁力的解析计算模型。首先,考虑定子相电流谐波对气隙磁动势的影响及爪极倒角和定子开槽对气隙磁导的影响,建立气隙磁场的解析模型;在此基础之上,利用麦克斯韦应力张量法建立径向电磁力的解析模型,并依据解析模型对爪极发电机电磁噪声影响最大的36阶电磁力来源进行分析。所建解析模型的计算结果与有限元计算结果吻合,有限元结果得到了样机试验验证,从而说明了解析模型的准确性。     

混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析

提出了一种新结构混合励磁无刷爪极电机。电机的磁场由爪极极面上永磁片、爪极极间永磁片和无刷爪极转子上的电励磁绕组三部分共同建立。采用三维有限元方法对所提出的一台六对极新结构混合励磁无刷爪极电机样机的空载磁场进行了分析,给出了三维有限元分析模型,计算了不同励磁电流时的电机气隙以及铁心中的磁场分布,给出了不同电励磁电流时气隙和转子的磁场分布图。由此证明了通过电励磁电流的调节可方便地改变电机气隙磁密。     

混合励磁爪极发电机的磁场调节特性分析

针对电励磁爪极发电机输出功率较低、永磁式爪极发电机磁场不可调节的缺点,研究了一种特殊结构的混合励磁爪极发电机。阐述了该发电机的结构组成、工作过程及磁场调节原理,利用三维电磁场有限元软件JMAG分析了其空载磁场分布情况及磁场调节特点。结果表明,与相同结构参数的电励磁爪极发电机相比,混合励磁爪极发电机具有更高的气隙磁通密度和更宽的磁场调节范围等优点,为进一步深入探索爪极发电机提供了一定的理论基础和技术参考。     

汽车发电机极弧系数对转子涡流损耗的影响

汽车发电机爪极转子是整体结构,转子涡流损耗在铁耗中占有很大的比例,准确计算和分析转子涡流损耗至关重要。用基于棱边的求解器求解转子有限元涡流方程,计算和傅里叶分解了沿空间分布的径向气隙磁密,得出气隙中主要的谐波次数。计算和分析了转子涡流损耗,研究了爪极转子的涡流损耗密度分布。爪极转子是不等宽爪极,漏磁相对比较大,转子极弧系数影响气隙磁密和发电机的性能,计算和分析不同极弧系数的转子涡流损耗。并总结出在一定的极弧系数范围内,随着两爪极间距离的增大,涡流损耗减小,为研究高效率和低损耗的爪极发电机提供了一定的理论基础。     

爪极发电机的气隙磁场与结构的优化

采用三维有限元方法对爪极发电机的磁场和结构进行了研究。基于ANSOFT软件对发电机空载和负载气隙磁场进行了计算仿真,反映了电枢反应对气隙磁场的影响,同时利用MATLAB软件对空载气隙磁密进行了谐波分析。通过对爪极发电机漏磁的分析和相关结构的优化,得出了电机结构尺寸与效率的关系曲线,论证了结构尺寸对爪极发电机效率的影响。最后通过基于正交试验原理的方法,优化出了电机结构尺寸的最优解。     

凸极同步发电机电压波形畸变率的优化设计

从凸极同步发电机设计方法出发,设计了凸极同步发电机主要参数。从气隙更改为不均匀气隙、优化转子阻尼孔间距、优化极弧系数、对比节距等几个方面,对同步发电机磁场、线电压以及波形畸变率进行研究分析。提出了利用有限元分析软件,对凸极同步发电机波形畸变率进行优化的步骤和方法。     

爪极电机的三维有限元建模与仿真

针对爪极发电机复杂的内部磁场计算问题,该文利用Ansoft软件的Rmxprt模块生成某电励磁爪极发电机的三维有限元模型,并在Maxwell 3D中对模型进行了优化,结合电机绕组的电路模型,构建了电机三维瞬态仿真模型。在此基础上,对发电机的空载输出电压进行了仿真,仿真波形与实测空载电压波形符合较好,验证了模型的正确性。最后,利用Ansoft后处理功能,分析了电机气隙磁场分布特性。     

汽车发电机定子三维温度场有限元计算

提出了针对汽车爪极发电机三维定子温度场有限元计算的新方法,有效处理了汽车爪极发电机定子铁心与气隙之间以及定子绕组端部与空气之间复杂的对流散热过程,妥善解决了汽车爪极发电机定子的热交换问题。运用等效体积法给出了散下线定子绕组的三维有限元计算模型,简化了计算难度并且节省了计算时间。在此基础上建立了汽车爪极发电机定子三维温度场三维数学模型和三维有限元计算模型。计算了汽车爪极发电机额定负载运行时定子的稳态温度场;实验结果很好地验证了该三维温度场计算模型的正确性和计算结果的准确性。在该三维温度场计算模型的基础上,分析了冷却风速及浸漆质量对汽车爪极发电机定子温度场的影响,为汽车爪极发电机优化设计奠定了理论基础。     

新型混合励磁无刷爪极发电机的磁场调节特性分析及试验研究

针对电励磁爪极发电机效率低、永磁爪极发电机磁场调节困难等问题,提出一种新型的混合励磁无刷爪极发电机。介绍该电机的结构特点和磁场调节原理,采用三维有限元法对电机的空载磁场分布及磁场调节能力进行了分析,设计并制造了试验样机。样机试验结果验证了有限元分析的正确性,并表明在结构参数相同的情况下,与电励磁爪极发电机相比,新型混合励磁无刷爪极发电机具有气隙磁通密度高、功率密度高、低速输出性能好、励磁损耗低等特点。     

汽车发电机转子三维温度场有限元计算

提出了针对双离心风扇通风冷却汽车爪极发电机转子三维温度场的计算方法。建立了转子全域三维温度场的有限元计算模型,解决了传统求解电机转子温度场强加边界条件难以确定的问题。基于该三维温度场计算模型,准确计算了额定负载时汽车爪极发电机转子全域稳态温度场。试验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性及计算结果的正确性,为汽车爪极发电机优化设计奠定了理论基础。     

新型爪极发电机的电磁分析

针对爪极式发电机的特殊结构使得气隙间漏磁比较严重的现象,提供了一种爪极间安装有条形永磁体的16爪新型爪极发电机结构。通过逆向工程获得该发电机的三维模型,利用Ansoft软件中的Maxwell 3D模块进行了空载励磁分析,论证了该款发电机的优异性能,为爪极发电机的结构设计和磁场分析提供了理论参考。     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场及径向力特性分析

提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度电机,建立永磁转子偏心后气隙变化的三维解析模型,通过有限元分析软件,对该新型电机的气隙磁通密度和径向电磁力特性进行分析,并基于球谐函数理论对磁场以及径向力谐波含量进行了定量分析。对样机进行了测试后并将实验结果与二者进行了对比验证。结果表明:转子偏心造成转子两侧气隙不等,磁通分布不均匀,磁拉力不平衡和谐波含量加重,有限元和解析法的分析结果与实验结果相吻合。     

水轮发电机气隙不均匀对磁场强度及转子磁极应力变化的影响分析

定子内腔和转子外圆气隙不均匀是大型水轮发电机组的主要振源之一。在定子和转子间产生的不均衡磁拉力,对转子和定子形成转频激扰力。为探讨气隙不均匀与磁场强度及电磁应力之间关系,依据发电机的实际结构,考虑铁心饱和的情况,以局部电磁力计算方法中的局部麦克斯韦应力法和虚位移法为基础,结合有限元软件电磁模块分析工具,对水轮发电机转子对中及偏心的6种工况进行发电机内部整体气隙磁场磁感强度及转子表面应力分析,研究水轮发电机气隙变化对转子磁极应力的影响。     

爪极发电机气隙磁场与电枢反应电抗的计算

采用三维有限元方法对一台爪极发电机的电枢反应进行了研究。基于ANSOFT软件对电机气隙磁场和电感矩阵进行了计算仿真,通过对电感矩阵进行派克变换,进而得到交、直轴的电枢反应电抗。所得结果与用相量图方法计算的结果进行了比较,证明了解的正确性与可行性,为爪极发电机的优化设计奠定了理论基础。     

不均匀halbach永磁电机气隙磁场解析法研究

提出了忽略定子开槽的不均匀每极三块halbach永磁电机模型,以主极占比例和极数为分析参数,推导了halbach永磁电机径向气隙磁场分布解析解,并用有限元软件进行了验证。应用气隙径向磁场分布解析式,得到了气隙径向磁场畸变率和基波幅值与极数、主极占比例的三维关系图,研究了不均匀程度对每极三块halbach永磁电机气隙磁场的影响。     

宽转子极无轴承开关磁阻电机径向力模型全周期拓展

针对单绕组宽转子极无轴承开关磁阻电机在定转子极非完全交叠区间的径向悬浮力模型空白、已有定转子极完全交叠区间径向悬浮力模型推导过程复杂且计算量大的不足,首先通过磁场有限元分析,分别确定了该电机在定转子非完全交叠区间和完全交叠区间的电磁场几何分布,计算了气隙磁密,再根据麦克斯韦应力法分别推导了这2个区间的径向力表达式,从而建立该电机在一个完整周期范围内的径向力数学模型,并通过与三维有限元计算结果的对比验证该模型的准确性。相比于利用等效磁路图推导径向力模型而言,该建模过程更简便,计算量也更小。全周期径向力模型的建立,不仅能为电机本体和控制器设计提供理论参考,还有助于提高该电机控制策略设计的灵活性,也可以提高与传统单绕组无轴承电机控制器的通用性。     

基于ANSYS的无轴承永磁薄片电动机特性分析

介绍了无轴承薄片电动机的基本结构和工作原理,用转子气隙磁场积分的方法推导出电机悬浮力和电磁转矩数学模型。利用ANSYS有限元分析软件,分析了电机转子圆周面上径向悬浮力的分布,验证了径向悬浮力产生机理和数学模型准确性,分析了径向悬浮力和转矩的特性,为电机控制系统的构建提供了理论依据。     

开关磁阻电动机转子偏心特性分析

利用有限元软件建立12/8极开关磁阻电动机的二维电磁模型,分析了转子静态偏心时定子极下气隙磁密和径向力随电流的变化规律;建立定子三维模型进行模态分析,得到电机振型和固有频率,进而分析了转子静态偏心时定子所受径向力随转子位置角的变化曲线,并对径向力进行频谱分析,揭示了径向力与电机振动的关系,为开关磁阻电动机振动和噪声的抑制奠定了基础。