螺杆泵直驱单元组合超细长永磁电机振动研究

为了研究细长永磁转子偏心和近极槽比配合引起单元组合式潜油永磁电机电磁振动加剧等问题,介绍了组合式潜油电机新型结构特点,基于永磁电机径向电磁力波产生原理,对10极12槽潜油永磁电机径向气隙磁密和径向电磁力波的频谱特性进行分析。对细长永磁转子偏心挠度进行计算,利用有限元计算不同转子偏心量对电磁力波频谱特性的影响。研制了试验样机,采用声压法对电磁噪音进行测试,通过有限元仿真和样机试验对比验证理论计算结果的准确性,并通过单元电机组合运行试验,推荐114 mm系列潜油电机取气隙长度大于0.8 mm,为单元组合超细长潜油永磁电机的可行性提供理论依据。     

双分数槽集中绕组低速潜油电机的设计分析

针对传统潜油电机需要配备减速器才能驱动潜油螺杆泵的不足,提出了一种驱动潜油螺杆泵的双分数槽集中绕组低速潜油电机,电机定子采用空间相距特定角度的两套分数槽集中绕组。根据特殊的绕组结构,对电机在不同时刻的磁势进行分析,表明电机能够产生恒定的电磁转矩。利用有限元法对电机进行二维瞬态场分析,得到了电机在空载和额定负载条件下的磁场分布及相关特性,结果验证了电机在电磁设计上的合理性。所设计电机可实现在不增大电机定子外径的情况下增加电机的极数,降低同步转速,有望实现潜油电机直驱潜油螺杆泵,从而有效降低整个采油系统的成本,抽油质量大为提升,对整个系统的节能具有重要意义。     

磁通屏障对潜油电机转矩特性的影响

转矩脉动是影响内置式潜油电机的重要因素，通过对电机转子内部磁通屏障的设计，进而达到降低转矩脉动的目的。以10极12槽内置式“一”字型潜油电机为基础模型，使用有限元法对潜油电机转子进行了二维瞬态场分析。基于磁通屏障效应对潜油电机气隙径向磁密的影响，得出了潜油电机转子在各种运转工况条件下的径向电磁特性分布的状况，并分别比较研究电机的齿槽转矩和电磁转矩等转矩特性。优化后，潜油电机的转矩脉动有了显著的降低。最后，采用砝码法验证磁通屏障的设计对潜油电机齿槽转矩具有较好的抑制效果。由于潜油电机的定子结构被限制，磁通屏障的优化设计具有非常大的意义。     

潜油电机温升计算程序

1 概述潜油电机是采油设备的心脏,它连同潜油泵一起工作在地下数千米,环境十分复杂;有些油田的井下温度可达120C～150C甚至更高。至今,对井下工作的潜油电机温升尚无系统、准确的计算方法和有效的检测手段。本文依据已知的油井数据资料,以热路法为基础,结合潜油电机特点提出了一套完整的潜油电机温升计算程序。有了温升计算结果,这对潜油电机的合理设计及在井下的安全可靠运行都是至关重要的。潜油电机属三相异步电动机,其结构上的最大特点是长细比很大,因受油井套管尺寸限制,潜油电机机壳直径仅为0.15米左右,而电机长度一般可达6～10米。转子采用多段式鼠笼型结构,电机内腔充满绝缘油。潜油电机为立式安装,整个转子     

井下潜油电机温升在线测试系统

文章根据潜油电泵系统运行的特殊要求，提出了一潜油机温升在线测试的新方法，对测试系统主要部件的原理，结构和性能做了系统地阐述。应用该装置对潜油电机的温升进行了在线测试，其结果与理论计算相吻合。     

基于瞬态热网络法的细长型永磁电机优化设计研究

本文将瞬态热网络法应用到起重机用细长型外转子永磁电机的优化设计中,以电机效率和成本为优化目标,对一台37.0kW永磁电机进行优化设计。选择永磁体厚度、气隙长度g、电机铁心轴向长度、每槽导体数、导线线规、永磁体厚度六个参数为优化变量,同时约束其槽满率、定子齿部磁密、定子轭部磁密、最大温升、最大转矩在一定范围内。本文分析了细长型永磁电机结构参数对铜损耗和效率的影响,再利用粒子群优化算法对永磁电机进行优化设计。优化结果显示:电机效率提高1.1%,成本也略有下降。最后通过有限元仿真,验证了瞬态热网络法的可行性和准确性。     

基于Ansys潜油电机转轴动力学仿真分析

针对潜油电机在采油过程中出现卡顿时,其细长的电机转轴发生许用扭转变形导致转轴断裂失效、整个电机及相关设备造成损失,推导电磁转矩与电机刚度与挠度解析表达式,建立细长转轴刚度-电磁转矩的定量关系曲线,为潜油电机转轴故障原因提供理论依据。研制单元组合式永磁直驱潜油电机,对其细长转轴进行3D有限元扭转变形应力分析。基于转轴扭转形变结果建立长度相同结构不同的电机等效有限元模型,进行机械应力场计算,得出不同结构的电机转轴在不同工况下的受力情况。进行单元电机组合运行仿真,最终通过Ansys仿真分析相应结构的最大转矩范围,对以后电机的整体设计有一定指导意义。     

不同极槽配合潜油直驱永磁电机性能研究

潜油永磁同步电机由于尺寸约束往往采用分数槽绕组设计。分析了永磁电机气隙磁密分布及齿槽转矩产生机理,以四台不同极槽配合的闭口槽表贴式潜油永磁同步电机为例进行二维电磁场分析,在外形尺寸和输出性能相同的条件下,研究了不同槽数对电机气隙磁密、空载反电势、齿槽转矩、输出转矩等的影响,为潜油永磁电机的设计选型提供了理论依据,为进一步优化奠定了基础。     

六极潜油电机定转子绕组的研究

因潜油电机工作空间狭小,使得设计六极潜油电机十分困难,特别是确定定转子槽数及绕组的形式。通过运用电机绕组设计理论,确定定子槽数,并绘出定子穿线图,进而确定合理的定转子槽数配合,并在文中对分数槽绕组在六极潜油电机上的应用做一探讨。     

网络拓扑法在潜油电机温度场计算中的应用

应用网络拓扑法对潜油电机的温度场进行了分析和计算,并结合潜油电机提出了具体的处理方法。应用结果表明,这种方法简便易行,计算精度较高,适用于中小型电机的温升计算。     

高速永磁电机转子风摩耗对温升的影响

高速永磁电机（HSPMM）结构紧凑、功率密度高、散热困难,易使转子永磁体因温度过高而发生不可逆退磁。以一台额定转速为30 000 r/min的HSPMM为例,基于计算流体力学和数值传热学的原理,从工程实际应用的角度,对不同通风量下的转子风摩耗及温升进行计算分析,并与电机温升试验进行对比。研究表明：HSPMM转子风摩耗占总风摩耗比重较大,且该比重随着流量的增加而增加;通风量达到一定值后,电机散热达到平衡,转子风摩耗随着流速的增加而急剧增加,使永磁体温度升高。增加机座水冷后,可以降低通风量,使电机达到理想温升水平。     

油摩损耗对电潜泵用永磁电机流固耦合传热计算的影响

电潜泵用永磁电机工作在高温高压的特殊环境下,采用润滑油作为潜油电机的润滑和冷却物质,润滑油随着转子在气隙中运动。以往研究只考虑了转子油摩损耗,然而相比于空冷、水冷等冷却方式,油冷时,润滑油黏度较大的特性是不可忽略的因素。且电潜泵用电机转速较高,润滑油对定子侧产生的油摩损耗是否可以忽略及其对电机温升的影响需进一步探究。因此,以一台15 kW潜油永磁电机为例,推导出了定子油摩损耗近似解析式,提出了定子油摩损耗与转子油摩损耗的关系规律。基于计算流体力学和流固耦合传热理论,研究了气隙处流体流动特性,证明了定子油摩损耗近似解析式的准确性,得出了电机各部件温升分布,并分析了定子油摩损耗对电机的温升影响。     

辅助磁障永磁同步电动机的电磁分析与参数优化

辅助磁障永磁同步电动机既具有永磁同步电动机高功率密度、高效率、高功率因数等优势,又兼具同步磁阻电机的宽调速范围、无高温退磁等优点,在调速驱动领域具有广阔的应用前景。在优化辅助磁障永磁同步电动机磁障形状、周边磁桥形状、磁障层数和永磁体占比的基础上,将其与“一”字型和“V”字型内置式永磁同步电动机进行对比分析,借助二维有限元仿真软件对三种结构的负载转矩、转矩脉动、损耗及效率等运行性能进行全面对比。以减小齿槽转矩有效值、减小空载反电势谐波含量和提高负载转矩有效值为目标对辅助磁障永磁同步电动机进行转子结构优化,对辅助磁障永磁同步电机的推广应用具有一定的参考价值。     

某内潜水式永磁电机三维流场与温度场仿真分析与优化

不同于常规自然散热或机壳水冷电机,内潜水式电机直接采用水对电机内部进行冷却,因此存在整机流固共轭传热的强耦合。为提高电机的可靠性与安全性,流场与温度场耦合传热分析十分必要。针对某船用气隙水冷方式的内潜水式永磁电机,基于计算流体动力学(CFD)原理,对该电机三维流场与温度场进行数值仿真分析与几何结构改进,消除了电机内部流场出现的逆流现象,提高了整机的散热效率,优化了电机的流场与温升。所得结果对该型内潜水式电机的几何结构设计具有一定的参考意义。     

一种轴向风冷结构对高速永磁电机转子温升的抑制研究

在变频器驱动方式下,高速永磁电机具有较大的转子涡流损耗,由于其转子的散热能力较差,易使永磁体温升较高,而发生不可逆失磁现象。采用机壳水冷结构可以有效地带走电机定子侧的热量,但是对于高速永磁电机的转子部位,水冷结构的冷却效果有限。以一台15 kW、30 000 r/min的高速永磁电机为例,设计了一种风、水混合冷却结构,基于流固耦合的计算方法分析了水速、风向以及不同风道截面积对电机永磁体部位温升的影响,并得出了相对的最优值。与仅采用水冷结构相比,增加该风冷结构可使永磁体温升降低了18.1 K,该结构可对大功率高速永磁电机的冷却系统设计提供一定的参考。     

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。     

全封闭大功率永磁牵引电机的温度场数值计算

为研究全封闭大功率永磁牵引电机额定工况下的稳态温度场,以一台额定功率为815 kW的永磁同步牵引电机为研究对象,依据成型绕组槽部导热模型,建立了整机三维温度场共轭传热计算模型。考虑旋转磁化、冲压过程和磁密高阶谐波对定子铁耗的影响,以及水套-定子铁心间接触热阻抗对电机温升的影响,采用Fluent软件对电机额定工况下的稳态流场与温度场求解,使用电阻法和埋置检温计法（ETD）测得电机在额定工况下绕组的平均温升、铁心测点和绕组端部测点局部温升,绝对误差分别为-3.7 K、-0.3 K和7.6 K。进一步分析了电机水路和内风路流场分布特性、水套-定子铁心间接触间隙对绕组平均温升的影响以及槽内绕组附近的温升分布情况,最后提出了该类电机冷却系统设计优化方向。     

基于场路耦合的永磁电机高频径向电磁力波分析

振动和噪声的大小是衡量家用变频空调压缩机品质的指标之一。针对家用变频空调压缩机出现的高频噪声问题,以一台6极9槽家用空调压缩机用永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于场路耦合法,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其控制策略所引入的谐波电流成分与高频声振响应特性进行研究。首先通过解析法分析了永磁电机高频噪声源的产生机理。其次从原理上阐述了电流谐波对径向电磁力波的阶次特征与频率特性的影响。然后建立了永磁电机的场路耦合模型,详细分析了不同负载工况下高频径向电磁力波频率与开关频率的关系。最后采用声振特性试验进行了验证,结果表明：场路耦合模型可以考虑电机本体、控制策略以及开关频率等非线性因素引起的高频电流谐波影响,并得出了高频径向电磁力波频率与载波频率的关系式,为永磁电机的高频噪声预测以及减振降噪提供了参考。     

基于田口法定子冲片优化研究

高速永磁同步电机的噪声、振动和发热问题不可忽视。为改善高速永磁同步电机的噪声和振动性能,采用田口法对电机定子冲片进行优化。以定子冲片的槽口宽度、槽口高度和定子槽高度参数作为优化过程中的变量,选出一组最优的定子冲片结构参数组合来降低电机的转矩脉动、齿槽转矩和定子铁耗。仿真结果表明,田口法可以有效优化定子冲片结构,降低转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗,大大缩短了优化所需的时间。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机性能和材料成本研究

稀土永磁同步电机性能优越,但稀土永磁材料价格昂贵导致电机成本增加。因此,提出了一种新型少稀土永磁同步电机,其永磁体采用组合磁极Halbach结构。分析了少稀土组合磁极永磁同步电机的结构特点,并在此基础上,提出了少稀土T型、HAT型和LREH型三种组合磁极Halbach永磁同步电机拓扑结构。从电机空载反电动势、空载齿槽转矩和额定负载电磁转矩等方面分析了三种拓扑结构少稀土永磁同步电机,并与稀土永磁同步电机进行对比分析。在等转矩条件下研究了钕铁硼和铁氧体两种永磁体厚度对少稀土组合磁极永磁同步电机材料成本的影响。对比分析了稀土永磁同步电机和三种少稀土永磁同步电机的材料成本。有限元仿真结果表明LREH型少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机具有更好的转矩性能和更低的材料成本。