偏心条件下轴向磁通轮毂电机不平衡弯矩建模与分析

为了分析静态偏心和动态偏心对轴向磁通轮毂电机的影响,首先建立了未偏心时轴向磁通电机气隙磁场的准3D解析模型,该模型分别通过复数相对气隙磁导和径向修正函数考虑了开槽和边缘效应对气隙磁场的影响;然后通过分析静态偏心和动态偏心时气隙长度随时间和空间的变化,建立了偏心条件下轴向磁通电机的气隙磁场解析模型,有限元结果表明该模型可以准确预测偏心条件下任意位置的气隙磁通密度;最后根据该模型分析了偏心对轴向电机气隙磁场和电磁力的影响,提出了计算不平衡弯矩的方法。结果表明:不同于径向电机,偏心除了产生不平衡磁拉力,还会使轴向磁通电机产生与旋转方向正交的弯矩,该弯矩有导致偏心进一步加剧的趋势。     

表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场解析

针对表贴式永磁电机转子偏心问题,建立了一种基于边界摄动法的静态偏心解析模型,采用矢量磁位推导偏心空载气隙磁场磁通密度解析表达式,解析模型中的偏心扰动量无量纲。磁通密度和不平衡磁拉力的解析结果与有限元分析结果相比较,证实了偏心模型的正确性和有效性。     

基于双曲余切变换的Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场解析模型

精确计算气隙磁场是设计和分析永磁电机的关键。Halbach阵列永磁电机具有良好的转矩输出特性。转子偏心会对永磁电机产生不良影响,准确获得其偏心气隙磁场分布具有重要意义。采用双曲余切变换解析计算Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场。该文建立了Halbach阵列定子开槽、转子偏心永磁电机二维模型。将同心解析模型分为三类子区域,利用各区域边界条件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通过矢量磁位求得同心气隙磁场,利用相对磁导函数对其进行修正,从而获得偏心空载气隙磁场,对其进行研究,并利用回归评价指标进行评估。不同偏心率下气隙磁通密度、不平衡磁拉力、齿槽转矩的解析结果同有限元结果吻合,验证了该文解析模型的有效性和正确性。     

轴向磁通永磁电机空载气隙磁场建模分析

针对轴向磁通永磁电机有限元仿真较为耗时的问题,建立了轴向磁通永磁电机空载气隙磁场解析模型。提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应修正函数,使得空载气隙磁场模型得以整体解析化。给出了气隙磁导函数相应的替代函数,并对此替代函数进行了傅里叶级数转换,使空载气隙磁场函数具有形式上统一的解析表达式,便于计算机编程实现。对空载气隙磁密、空载反电动势和齿槽转矩进行了解析计算,与有限元计算结果对比,验证了该文所建立的空载气隙磁场模型的正确性和可行性,可以作为轴向磁通永磁电机设计人员参考使用。     

轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析计算

针对双定子单转子表面嵌入式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁场进行了解析研究。建立了气隙磁场的解析模型,将轴向磁通电机等效成直线电机并建立了等效面电流模型来求解空载工况下的气隙磁场。根据电磁场理论中的唯一性定理,给出了满足泊松方程的边界条件,并将分离变量法应用于泊松方程的解析解来计算电机三相定子电枢绕组作用下的气隙磁场。通过将空载下的气隙磁场与电枢绕组作用下的磁场叠加来预测电机负载工况下的气隙磁场。最后用三维有限元仿真计算结果与解析模型的计算结果相比较,证明了解析法可以有效地计算轴向磁通电机的气隙磁场,为轴向磁通永磁同步电机的解析分析和优化设计提供了基本手段。     

定子开槽表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析法

针对表贴式永磁电机定子开槽后的转子偏心空载气隙磁场解析问题,结合正则摄动理论建立其全局解析模型.将解析区域划分为永磁体、气隙和槽区域,通过各子区域之间的边界条件,求解拉普拉斯方程或泊松方程.叠加气隙磁密的零阶分量和一阶分量,得到偏心气隙磁场分布.解析解与有限元解的比较结果表明,气隙磁密、齿槽转矩和不平衡磁拉力计算准确,验证了解析模型的可靠性.所述解析方法计算快速准确,便于分析表贴式永磁电机转子偏心磁场.     

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦，且各相之间相互解耦，易于实现模块化和多相化，因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先，该文基于磁场调制原理，对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算，得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量，在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算，得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响；然后，考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题，揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响，并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力，定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响；最后，为避免共振，利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析，结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低，不会引起初级的共振，适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。     

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。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

不均匀气隙工况下轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机的磁场与力特性分析

该文以轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机为研究对象，针对其运行过程中存在的气隙不均匀工况，在直角坐标下建立求解该电机磁场和电磁特性的三维解析模型。首先，基于等效电流片模型，推导出轴向磁通Halbach永磁阵列的三维空间磁场分布函数。对该磁场分布函数进行傅里叶级数转换，使Halbach转子三维磁场函数具有形式上连续统一的解析表达式。在此基础上，基于二阶矢量磁位，构建该电机的三维解析模型，推导出悬浮力、水平力和涡流损耗的解析表达式，并通过有限元法验证了解析计算模型的准确性。最后，通过小型样机实验，来验证理论计算的准确性。该文提出的解析模型适用于永磁电动式磁悬浮系统的任意气隙工况，可以作为该系统的一般设计方法。     

感应电机气隙偏心故障研究综述及展望

感应电机广泛用于各个行业,其机械故障大多与气隙偏心有关。该文介绍了国内外感应电机气隙偏心故障的研究状况。首先介绍了基于电机电流信号分析的偏心检测方法,包括理论分析的多回路数学模型,给出了静态偏心、动态偏心、混合偏心和斜偏心状态下的相关重要研究结论,分析和评价了当前的研究方法。其次简要介绍了气隙偏心导致的不平衡磁拉力和振动方面的内容,包括不平衡磁拉力的计算和振动信号分析。最后,根据当前存在的问题和不足,对未来感应电机偏心故障研究进行了展望。指出了大型感应电机偏心故障的研究发展方向在故障诊断和偏心抑制方面,并结合实际提出了更加符合实际的动态弧偏心模型。     

风速突变工况下永磁风力发电机静态偏心磁场分析

为了研究风速突然变化对永磁风力发电机主轴的电磁力作用,特别是在已发生一定的主轴偏心的情况下风速突变对主轴的影响,利用数学表达式和仿真对气隙磁场进行了计算和分析。根据发电机气隙偏心故障时气隙磁场变化的特点,计算气隙磁导和磁场密度,并利用ANSOFT MAXWELL软件建立永磁风力发电机的二维模型,分析电流变化引起的电磁力及其对主轴的作用。仿真结果表明:风速突变引起的电流变化影响永磁风力发电机气隙磁密。转子偏心使发电机转子产生沿偏心方向的磁拉力,风速突变时转子收到的不平衡磁拉力比正常风速运行更大。     

轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。     

面包型偏心磁极永磁电机磁极优化设计

对于永磁同步电动机而言,正弦的气隙磁场,意味着更低的径向电磁力谐波和更低的转矩脉动。文章结合表贴式永磁电机径向气隙磁通密度函数和面包型永磁磁极结构特点,考虑定子开槽对电机有效气隙长度及永磁体相对磁导率对气隙磁场的影响,得到可以寻找平行充磁表贴式面包型偏心磁极最优偏心距和极弧系数的气隙磁场优化解析模型,并利用有限元软件验证了解析模型的准确性和有效性。这种解析模型,计算较子域法简单,也不需要对永磁体分段,来考虑永磁体上表面的偏心对气隙磁场的影响,但同时精度较高,对于面包型表贴式永磁电机的优化设计较大的指导意义。     

一种基于保角映射的考虑端部效应的准三维轴向磁通电机磁场解析模型

轴向磁通永磁电机气隙磁场三维分布不均,且在电机内、外径处端部效应明显,应建立三维磁场模型来进行电机性能分析,而三维有限元计算十分耗时,因此需建立(准)三维气隙磁场解析模型.现有的考虑端部效应的AFPMMs气隙磁场解析模型,大多基于三维FEM辅助建模或等效磁路的方法,存在耗时过多或建模精确度不高的问题.针对以上不足,建立...     

Halbach型磁钢的永磁电机气隙磁场解析计算

随着稀土材料价格上涨、永磁电机成本增加,合理的设计Halbach磁体结构,可充分挖掘Halbach永磁电机磁钢的潜力.分析了每极三块的Halbach磁体磁化规律,建立了Halbach型永磁电机气隙磁通密度的解析模型,该解析法计算的气隙磁场与有限元方法计算结果吻合,验证了解析模型的正确性;研究了充磁角度对气隙磁通密度的影响,结合充磁角度传统计算公式,给出了极间有间隔的Halbach磁体充磁角度的计算公式;通过解析模型分析极弧系数和极对数对Halbach永磁电机气隙磁通密度切向分量的基波幅值和波形正弦性畸变率的影响,给出不同极弧系数、充磁方式和极对数时Halbach永磁电机气隙磁场的变化规律.     

无铁心轴向磁通永磁电机的磁场解析计算

轴向磁通永磁电机磁场呈三维结构且磁路复杂，采用有限元法求解电机的气隙磁场将会耗费大量的建模及仿真时间，针对该问题，采用解析法对电机的空载磁场进行计算，通过将电机沿径向分成多个截面，使三维的轴向磁通电机等效为多个二维直线电机的组合体，在直角坐标系中求解拉普拉斯方程，得到矢量磁位，代入边界条件对磁场进行求解。计算电枢反应磁场时，采用多层电流片法进行求解，与有限元仿真结果对比，验证了解析法的可行性，提高了无铁心轴向磁通永磁电机磁场计算和电机参数设计的速度。     

一种表贴式永磁同步电机磁极形状优化方法

为了降低表贴式永磁同步电机气隙磁通密度波形畸变率,提出了一种准确、快速优化磁极形状的解析计算方法。推导并优化了磁极磁动势、极间磁动势和气隙磁导函数,建立了磁极偏心结构磁场解析计算模型。基于该解析模型计算分析了一台8极36槽表贴式永磁同步电机空载气隙磁通密度和线空载反电动势等电磁参数,并通过有限元法进行了仿真验证。结果显示,该解析计算与有限元计算结果相吻合,表明该方法具有一定的实际应用价值。在确定最小气隙长度前提下,通过对永磁体端部厚度的参数化设计,得到了理想的气隙磁密、线空载反电动势以及齿槽转矩性能参数。为表贴式永磁同步电机磁极形状优化设计提供了参考。     

计及定子开槽的插入式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析迭代模型

采用解析迭代法研究定子开槽插入式永磁电机转子偏心气隙磁场全局模型。首先采用摄动法计算无槽定子、转子偏心气隙磁场;接着,利用以上结果给出定子开槽区域的边界条件,计算定子开槽后的气隙磁场;然后获得定子开槽后的边界条件,再次计算。经过多次迭代得到最终气隙磁场分布。本模型能够方便地计算各种偏心情况下电机的磁场分布。将本模型计算的气隙磁通密度分布、偏心力和齿槽转矩与有限元模型比较,结果吻合,表明了该全局解析模型的正确性和有效性。     

基于齿部磁场分析的大型潜水电机气隙偏心故障研究

大型潜水电机广泛用于工矿企业给排水、城市污水处理等场所,然而转轴弯曲、轴承磨损等机械故障会引起气隙偏心。气隙偏心轻则导致气隙磁场畸变、振动增大和电流波动,重则定、转子相摩擦,导致设备停机或损坏。由此推导了大型潜水异步电机动态气隙偏心状态下某一固定位置处的定子齿部磁通解析表达式,分析偏心状态下的磁通故障频率,其基本思想是认为定、转子合成磁动势和气隙磁导决定了气隙磁通的大小,而定子齿部对应位置处气隙中的磁通全部经过齿进入定子轭部,据此提出了基于齿部磁场分析的大型潜水电机气隙偏心故障在线监测方法。最后,利用有限元法对理论分析进行了验证,并对故障频率的幅值与偏心度之间的关系作了进一步探索,为异步电机动态气隙偏心的精确检测提供了依据。