基于精确子域模型的游标永磁电机解析磁场计算

游标永磁电机是一种基于磁场调制原理的新型电磁传动装置,适用于船舶推进、风力发电等低速大转矩的应用场合。准确计算游标永磁电机的磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。关于电机解析磁场计算,该文讨论和比较了一极一槽模型和精确子域模型。以表贴式游标永磁电机为研究对象,在气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽子域和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法直接求解。模型建立在二维     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

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。     

考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

随着航空装备性能不断提高,对高速永磁电机的功率密度要求不断提高,电磁方案的极限设计使定子饱和效应越发明显。定子饱和会直接影响磁导谐波变化和转子涡流损耗大小。本文将子域法和等效磁路法结合进行迭代计算,提出一种考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型。利用该解析模型计算了不同气隙长度、不同槽口大小对转子涡流损耗的影响。最后以一台航空高速永磁电机的进行实验测试,将解析结果与实验结果、有限元结果进行对比,验证解析模型的正确性。     

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.     

基于精确子域模型的双定子磁通反向电机磁场解析计算

双定子磁通反向电机是一种基于磁场调制原理的新型永磁电机,适用于船舶推进、风力发电等低速大转矩的应用场合.相较于传统的磁通反向电机,双定子拓扑能够解除单定子磁通反向电机永磁体和绕组的空间冲突问题,但同时也会增加其边界条件的复杂度.准确计算双定子磁通反向电机的磁场分布是设计、优化电磁性能的关键,而建立精确的数学模型则是求解...     

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用.该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域.在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型.该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式.在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感.最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性.     

基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究

目前高速永磁电机转子最常用的保护措施是碳纤维捆扎永磁体、永磁体外加非导磁或半导磁合金保护套,保护套的增加会给电机的散热带来严重的困难。针对以上问题,基于一台75 kW,60 000 r/min的高速永磁电机,设计了3种方案,同时基于应力场、电磁场和温度场对3种方案的转子强度、转子涡流损耗和温度分布进行了综合的比较与分析,通过一台采用非导磁合金保护套的样机进行了温升实验。实验结果表明,采用半导磁合金保护套时,会大大减小永磁体的厚度,但会产生更大的转子涡流损耗;采用非导磁合金保护套时,所需的永磁体和保护套的厚度最大;采用碳纤维保护套时,所需的保护套厚度最小,转子涡流损耗和温升分布也远远小于其他两种保护措施。     

高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取

高速实心转子感应电机主要应用于高速压缩机、飞轮储能、航空航天等领域,具有广阔发展前景。和其他拓扑结构的转子相比,实心转子具有较强的端部效应,导致转子涡流损耗进一步加剧。针对高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取问题,以一台380 V,1 MW,12 000 r/min高速实心转子感应电机为主要研究对象,采用二维傅里叶分解方法,精确提取气隙磁场谐波特性,以虚拟永磁谐波电机模型为基础,反向构建气隙谐波磁场用以激励实心转子实现转子谐波涡流损耗的提取;结合混合激励法以及冻结磁导率法,进一步精确考虑了不同负载情况下由材料非线性导致的感应谐波涡流透入深度的变化。采用有限元建模方法,对比了采用混合激励法和冻结磁导率法提取的转子谐波涡流损耗以及感应涡流的分布。该方法为后续对转子谐波涡流损耗进行有效抑制提供了理论基础。     

高速永磁电机转子工艺及护套材料选取

从高速永磁电机转子工艺角度出发,对转子磁钢固定、转子加工与动平衡、转子外径选取、永磁材料选取等方面进行了阐述.采用有限元法对比分析了钛合金护套和碳纤维复合材料护套对转子应力的影响规律,并得出相比碳纤维复合材料护套,TC4钛合金护套需更大的预制过盈量,方能保证磁钢切向拉应力不超过材料抗拉强度的结论.     

基于子域叠加模型的表贴式永磁电机电枢反应磁场分析

准确计算表贴式永磁电机的磁场分布是进行电机设计和电机优化的关键。本文建立了表贴式永磁电机的子域叠加模型,通过解析法计算了电机的电枢反应磁场的分布,将电机槽子域分为通电槽和非通电槽,求解单槽通电下的泊松方程和拉普拉斯方程得到其电枢反应磁场,再叠加计算出三相电流下的电枢反应磁场。子域叠加模型简化了激励方式,减少了求解变量的数目,降低了求解的难度。以一台12槽表贴式永磁电机为例进行计算,并将解析法结果与有限元分析的结果进行比较,验证了本文提出方法的可行性和正确性。     

高速永磁电机转子强度分析与护套设计

提出一种基于二维应力解析模型的高速永磁电机转子护套最小厚度设计方法。建立转子二维应力场计算的解析模型,能够考虑各向异性材料在预应力、离心力、热应力共同作用下的应力结果。由于无法实测高速转子内部的应力,通过有限元分析对应力解析模型进行验证。分析确定了采用3种常用护套材料转子的应力极限工况,提出适用于单极限工况和多极限工况转子护套最小厚度及其对应过盈量的计算方法,并指出所适用的护套类型。针对某些永磁体热态抗拉强度不足的情况,该文通过替换边界条件对永磁体应力进行约束,得到了安全的护套方案。该方法计算速度快、准确性高、灵活性强,可应用于高速永磁电机的多场综合设计。     

高速永磁电机转子模态分析与实验研究

基于模态分析理论,采用限元分析软件ANSYS对某高速永磁电机转子进行自由模态仿真分析,获得了转子前三阶弯曲固有频率值与振型。通过模态实验实测其固有频率值,比较两者数据,验证了仿真计算的准确性,为同类型转子动力学计算提供了参考依据。     

表面埋入式永磁电机磁场解析

准确计算永磁电机的气隙磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。该文在二维极坐标平面内建立表面埋入式永磁电机的精确子域解析模型,求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和转子槽子域,根据分离变量法求解各子域的矢量磁位通解,并利用各子域之间的边界条件得出相关谐波系数。模型考虑了普通/交替极转子结构,永磁体径向/平行充磁方式,隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。以一台40极48槽交替极转子结构永磁电机为例,将气隙磁密波形的解析计算结果与二维有限元结果相比较,验证了解析模型的准确性。     

基于涡流损耗分析的永磁型无轴承电机优化

针对永磁型无轴承电机在高速运行时,转子涡流损耗导致永磁体发热严重,导致永磁体存在不可逆退磁的难题。在分析永磁型无轴承电机转矩和径向力产生机理的基础上,研究了径向力、转矩绕组磁场和悬浮绕组磁场的相对运动关系,给出了永磁型无轴承电机单一方向稳定可控径向力的产生条件,采用2D耦合电路瞬态有限元法,计算了转子空载涡流损耗,比较了永磁型无轴承电机极对数为PB=PM+1和PB=PM-1时的转子涡流损耗。研究结果表明,永磁型无轴承电机转子涡流损耗主要是由悬浮绕组磁场产生,采用PB=PM+1结构时,转子涡流损耗最小,PM=1,PB=2结构最适合高速运行。     

高速永磁电机转子过盈方式对转子应力的影响

该文对高速永磁电机（HSPMM）转子过盈方式对转子应力的影响进行研究。首先,在二维极坐标下建立了转子各部位统一几何模型的应力场数学模型,可求解不同边界条件下转轴、永磁体和护套的径向应力和周向应力。然后,基于建立的应力场数学模型得到不同过盈方式下转子应力的解析计算方法,分析了不同过盈方式对转子应力的影响。在此基础上,提出“虚拟过盈”概念及虚拟过盈下的应力计算表达式,分析了其准确度并解释了其物理意义。最后,通过有限元（FEM）分析方法对一台额定功率为50 kW、额定转速为40 000 r/min的高速永磁电机进行分析,说明了不同的过盈方式导致转子应力的差异,验证了理论分析的合理性。     

高速永磁电机结构设计及损耗分析

从定子结构、定子材料、转子设计、永磁体材料选择对永磁电机设计进行分析,对200kW、20000r/min、4极高速永磁电机进行了系统计算,通过计算和软件模拟电机损耗,分析变化规律,确定了设计参数。     

高速永磁电机降低热损耗方法研究

高速永磁电机在众多领域具有广阔的应用前景,本文首先对电机发展情况进行了总体介绍,给出了现有永磁电机的不同结构类型。为了降低电机热能损耗,可以从定转子的结构改良、制作新型永磁体材料方面考虑。之后对不同的电机冷却系统方案进行比较,提出了降低热损耗的方法并进行了改进。最后论述了永磁电机发展所面临的问题,展望高速电机的未来发展趋势和方向。     

高速永磁电机设计与分析技术综述

高速永磁电机在航空航天、能源及精密制造等领域具有广阔的应用前景。该文首先介绍了现有文献中的高速永磁电机定转子结构及其所使用的材料;然后从定子铁耗、铜耗、转子涡流损耗与风摩损耗等方面,分别总结归纳了电机中各项损耗及其计算方法;对比分析了各种高速永磁电机温升计算方法;概述了高速电机转子支承方式的发展情况。总结了转子强度与动力学分析相关的问题,最后展望高速永磁电机相关技术的主要发展方向。     

计及周期/半周期性边界条件的永磁电机子域模型

该文提出的表贴磁极永磁电机考虑周期/半周期性边界条件的子域模型,为舰船大容量直驱多相永磁推进电机的设计优化提供一种快速、高效的工具。介绍周期性边界条件和半周期性边界条件的原理及实现方法,并将其应用到基于等效面电流的子域模型中求解电机气隙磁场,而后通过有限元仿真验证了解析计算的准确性。对比3种求解域下子域模型中谐波系数矩阵的维数和求解速度,表明考虑周期/半周期性边界条件的子域模型在保证结果精度的前提下,能大幅降低矩阵维数,并显著减少求解时间。对实验样机进行空载和负载实验,空载反电势与负载转矩实验结果与解析结果吻合较好,进一步说明了周期/半周期性边界条件下所用子域模型的正确性。