高速永磁电机的转子涡流损耗分析

在高速永磁电机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁.针对高速永磁电机中的转子涡流损耗问题,进行了解析分析和有限元计算,分析了产生转子涡流损耗的谐波来源,研究了不同定转子结构电机的转子涡流损耗,分析了定子槽数、槽口宽度、气隙长度、屏蔽层、定子齿开辅助槽对转子涡流损耗的影响.结果表明,增加定子槽数、减小槽口宽度、增加气隙长度可以减小转子涡流损耗;在护套和永磁体中间加一层高电导率屏蔽层能有效减小永磁体的涡流,且选择合适的屏蔽层厚度能够进一步减小转子涡流损耗;提出了使用合适宽度、深度、角度和槽型的辅助槽来减小转子涡流损耗、帮助电机散热的新方法.对高速永磁电机的研制具有重要的理论研究和工程应用价值.     

一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的解析计算方法

针对3D有限元软件计算永磁电机永磁体涡流损耗耗时长,永磁体涡流损耗精确解析模型复杂,参数变量间对应关系不明晰等问题,采用槽口位置的局部解析建模方法,重新建立坐标系,研究与槽口位置对应的永磁体内磁密变化规律,并对磁密波形进行简化分析,提出一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的简化解析计算模型,该方法可直观反映出永磁体涡流损耗的主要影响因素,且计算耗时短。利用3D有限元和实验结果对该简化解析模型计算结果进行验证。基于该简化解析模型分析得出影响槽口位置永磁体磁密变化的主要因素为槽口宽度与等效气隙长度之比和槽口宽度与定子齿距之比,进而研究了主要影响因素对气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的影响规律,并提出相应的参数优化方法。结果显示,优化后样机永磁体涡流损耗降低了90. 2%,损耗抑制效果十分明显。     

表贴式永磁发电机永磁体涡流损耗研究

永磁体涡流损耗是保证永磁同步发电机温升限度和永磁体性能的重要指标。通过设计一台表贴式外转子永磁同步发电机,利用有限元法研究了极槽配合、气隙长度、槽口宽度和极弧系数对发电机空载和负载时永磁体涡流损耗的影响,特别分析了定子电流谐波含量对永磁体涡流损耗的影响,对减小永磁体涡流损耗有一定的工程指导意义。     

多磁极式永磁电机的故障机理与损耗分析

永磁体退磁是永磁电机的特有的常见故障,从故障机理的角度去分析其故障产生的原因,并使用Maxwell对电机进行损耗仿真,考虑改变电机尺寸参数,包括定子槽宽、气隙长度和永磁体宽度等因数对永磁体涡流损耗的变化情况,分析尺寸对永磁体涡流损耗的改变趋势,可通过降低损耗,提高效率,降低永磁体的温度,以防永磁体不可逆失磁。     

基于三维时步有限元的永磁体涡流损耗分析

钕铁硼永磁材料具有较大的电导率,即使电机额定转速较低时,依然能在电机永磁体中产生较大的涡流损耗,影响电机性能,因此有必要对低速大转矩永磁同步电机永磁体涡流损耗进行研究。设计5台不同极槽配合的低速大转矩表贴式永磁同步电机,采用三维时步有限元法计算5台电机的永磁体涡流损耗。针对不同极槽配合电机气隙磁密分数次谐波含量对永磁体涡流损耗的影响进行分析。结果显示,分数次谐波含量越大永磁体涡流损耗越大。     

轴向磁通非晶合金电机永磁体涡流损耗研究

对于单转子双定子轴向磁通非晶合金电机,永磁体结构形式为表贴式,在高频下运行时电机会在永磁体中产生较大的涡流损耗,造成永磁体的不可逆退磁。结合非晶合金在轴向磁通电机应用的特殊性,对轴向磁通非晶合金在不同气隙长度、不同开口槽槽宽、不同极槽配合时永磁体涡流损耗进行比较,得出永磁体涡流损耗变化规律,可以为轴向磁通非晶合金永磁电机的合理设计提供帮助。     

电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响

永磁同步发电机(PMSG)以其结构简单,体积小,效率高,功率密度大和运行可靠等诸多显著优点在新能源发电和电力驱动领域得到了快速地推广和应用。永磁同步发电机输出电流的谐波含量受到定转子间的有效气隙长度,定子槽口宽度及永磁体磁化方向厚度等电机设计参数的影响。本文首先建立了上述参数与电感的数学关系式,然后利用Ansys软件建立了表贴式和内置式两种转子类型的电机有限元模型,并在上述基础上分析了电机不同转子结构、气隙长度、定子槽口宽度和永磁体厚度对电感参数的影响进而结合仿真分析了上述电机参数对永磁同步电机电流谐波的影响。     

分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机转子损耗

针对损耗模型很难准确地计算转子损耗且三维有限元方法占用大量时间的问题,基于二维运动瞬态有限元法,研究了1台36槽42极单层分数槽集中绕组永磁同步电机在恒转矩区和弱磁区以最大转矩运行时的转子损耗,并且研究了高速工况下永磁体轴向分段数量、槽口宽度以及气隙厚度对永磁体损耗的影响。研究发现,在整个转速区间永磁体损耗占转子总损耗的90%以上;转速低于1 500 r/min时,转子铁心磁滞损耗高于涡流损耗,高于1 500 r/min时涡流损耗明显高于磁滞损耗。永磁体分段能明显降低永磁体涡流损耗;负载工况下改变槽口宽度,永磁体涡流损耗几乎没有变化;增大气隙厚度虽然能降低永磁体损耗,但是效果并不明显;同时,更改槽口和气隙厚度会使电感发生变化,并进而影响电机的运行性能。     

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。     

部分分段Halbach永磁同步电机优化设计

针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题,设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽.采用精确子域模型法,将求解域划分为永磁体、气隙、槽身和槽口四个区域,在二维极坐标下计算电机空载气隙...     

永磁同步电机转子涡流损耗优化及温升分析

为解决永磁同步电机转子涡流损耗引起的转子温度高、永磁钢退磁等问题,建立转子涡流损耗解析表达式,分析影响参数,并以3相8极36槽V型IPMSM为例,研究定子槽口宽度、气隙长度、转子偏心距、定子斜槽角度等参数对转子涡流损耗的影响规律,完成最优参数匹配。研究结果表明,优化后的转子结构能够有效削弱电机主气隙磁密的高次谐波,从而减少涡流损耗、降低转子温度,提高电机输出性能。     

考虑涡流反作用的永磁体涡流损耗解析计算

推导了一种新型表面式无金属护套永磁同步电机永磁体涡流损耗解析模型,该模型同时考虑涡流反作用、开槽引起的磁导谐波和涡流分布不均匀三种因素,可以计算任意定子电流波形的表面式无金属护套永磁同步电机的永磁体涡流损耗,并能分析任意次数时空谐波产生的永磁体涡流损耗。采用所推导的解析模型研究影响永磁体涡流损耗的因素,包括调制比、载波比和气隙长度。调制比和载波比的增加减小了电流时间谐波幅值二次方和,因此降低了永磁体涡流损耗;气隙长度的增加,由于削弱了谐波电枢反应而降低了永磁体涡流损耗。通过对电机的实验分析和有限元仿真,验证了解析计算的正确性和规律的适用性。     

永磁同步电机噪声分析及优化

随着科技快速发展,新一轮科技技术革命,永磁同步电机因高效节能快速发展,相对其他传统电机,具有组装方便、效率高优点,但是严峻的电机市场形势对电机振动噪声有着严格控制要求,电机振动噪声不仅对人耳造成刺痛感,而且对电机配套相关设备可靠性运行造成影响,因此现以4极永磁同步电机为例,通过有限元对定子槽口宽度、气隙长度进行仿真分析,并对电机气隙结构、永磁体进行优化,获得最佳的电机性能。     

高速电主轴永磁电动机参数化设计及有限元分析

为了提供高速电主轴的功率密度及动态性能,采用永磁电动机方案。比较了不同的线圈匝数、铁心长度、气隙长度、永磁体厚度、宽度等参数下电机的效率、功率密度、输入电流等主要指标。采用有限元方法分析了该种电机设计的合理性及性能指标,为电机的优化设计打好基础。针对永磁体与有槽铁心相互作用产生齿槽转矩而引起振动和噪声,采用优化槽口方案,削弱齿槽转矩。结果表明,通过优化后电机结构方案与原方案相比,显著削弱了齿槽转矩和转矩波动。     

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.     

定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

内置式永磁电机的永磁体在转子内部,与表贴式永磁电机相比,其等效气隙小、齿槽转矩的影响大。在分析齿槽转矩产生机理的基础上,研究了定子齿开辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。以8极48槽内置V型永磁同步电机为研究对象,利用有限元方法分析了槽口宽度、深度和槽口中心线夹角对齿槽转矩的影响。研究表明,合理设计定子齿上的辅助槽可以有效地削弱内置V型永磁同步电机的齿槽转矩。     

永磁同步电机磁钢涡流损耗研究

对于表贴式永磁电机而言,定子侧开槽会导致气隙磁场分布不均匀。永磁体在不均匀的交变磁场中会产生感应电场,感应电场会在永磁体内部产生涡流,从而产生涡流损耗。涡流损耗的热量可能导致永磁体温升较高,导致永磁体发生不可逆去磁风险,因此对于涡流损耗的研究很有必要。通过建立二维平面下的电磁场方程,得出了永磁体涡流损耗的解析解,与有限元仿真结果进行对比表明此方法可行。     

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有：减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。     

基于二维解析法的光滑表面实心转子感应电机附加损耗的研究

在普通异步电机中，由于附加损耗数值较小，通常按总功率的5%粗略估算。在实心转子感应电机中，附加损耗中的表面涡流损耗数值远大于普通笼型感应电机，不但成为实心转子感应电机附加损耗的主要部分，而且是造成这种电机效率低、电机过热的重要原因，限制了该类电机的应用和发展。文中运用二维解析法及坡印亭定理对实心转子的表面涡流损耗进行了计算，与试验结果比较显示，理论计算在小转差范围(0~0.2)内取得了与实际较为一致的结果，并分析了大转差下产生偏差的原因。在小转差(s=0.107)运行状态，对定子槽口宽度变化和气隙长度变化对转子表面涡流损耗影响进行仿真计算。结果表明，改变槽口宽度对该种电机转子的表面涡流损耗影响不明显，随着气隙长度的增加，附加损耗曲线分为快速下降，缓慢下降两段。在曲线缓慢下降段综合考虑选取气隙长度是合适的。     

考虑机械气隙的无槽永磁直线电机热分析及改进（英文）

研究自然冷却的无槽管状永磁直线电机(tubular permanent magnet linear actuator,TPMLA)的机械气隙长度,通过约束和引导热量的流通路径来使永磁体的温度达到最低。通常无槽绕组产生的热量必须首先通过周围的空气进行传导,其散热条件比有槽电机更加恶劣。虽然较小的机械气隙可以增强气隙磁密,但是绕组产生的大部分热量将会传到永磁体上,导致永磁体温升,并减小其剩磁,使永磁体有失磁风险。因此,合理的机械气隙长度对于无槽管状永磁直线电机极其重要。建立电机的电磁和热模型,并将结果与有限元方法进行比较。制作3台不同机械气隙的样机,并进行实验。结果表明,机械气隙对限制和引导热流具有重要的作用,通过增加机械气隙长度来降低永磁体温度的方法取得了良好的效果。