典型分数槽集中绕组永磁同步电机研究分析

永磁同步电机具有高效率、高功率密度、运行范围宽等优点,广泛应用于家用电器和工业设备领域。12S8P与9S8P是典型的分数槽集中绕组永磁同步电机,本文通过理论分析和电磁有限元仿真,对比两种电机的性能、转矩脉动以及激振力的特点,从而为不同领域中永磁电机槽极配合的选择提供支持。     

分数槽集中绕组永磁同步电机的电感计算

在少槽多极的分数槽集中绕组永磁同步电机中,存在幅值较大的次谐波和与基波绕组系数相同的高次谐波,特别是存在与基波绕组系数相同、转向相反、幅值很大、极对数与基波相差仅几对极的谐波。使得电机的电枢反应谐波磁场很强,与之相对应的谐波漏抗很大,电机的总漏电感很大,其基波励磁电感与传统短距分布绕组电机相比小很多。一般情况下,漏电感都比励磁电感还大。在对电机磁路进行理想假定的条件下,针对不同槽极数组合的单元电机,推导出该类电机电感参数的计算公式。其中,电枢反应基波励磁电感计算公式与传统的交流绕组相同,而电枢反应总电感和谐波漏电感计算不同于传统的交流绕组。     

永磁同步电机分数槽集中绕组磁动势

对单元电机的单个线圈、线圈组、相绕组和三相绕组的磁动势进行了分析。当定子槽数为奇数时,除3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差1对极。当定子槽数为偶数时,除偶数和3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差2或者4对极。电机内部还存在幅值较大的次谐波以及绕组系数与基波相同的高次谐波,它们会对电机造成不良影响。电机高速运行时,这些谐波磁动势产生的磁场会在永磁体内感应出涡流,产生损耗,造成永磁体温升增加,甚至去磁。     

分数槽集中绕组式无刷力矩电机极槽组合研究

制造引起电机定子和转子相对偏心是客观存在的,因此研究不同极槽组合下偏心对转矩波动影响,对极槽组合设计有重要的参考意义。采用有限元仿真方法分析了分数槽集中绕组式无刷力矩电机不同极槽组合下静、动态偏心对转矩波动影响,并进行了样机试验,结果表明：宜优选绕组线圈分成多组对称均布且极槽数最小公倍数大的偶数槽组合。     

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。     

基于定转子分数槽集中绕组的感应电机起动转矩特性分析

为对双馈风力发电机的启动转矩分析提供支持,针对双馈感应电机极对数多、功率因数低、很难实现大转矩的问题,采用分数槽集中绕组结构对双馈感应电机的绕组进行了优化。通过对比有限元仿真和实验数据,分析得出外电路激励下电机启动转矩随转子初始位置参变量而变化,寻找到最大转矩下的定转子轴线夹角,并利用公式推导证明了这一结论。     

分数槽集中绕组嵌入式永磁同步电机设计

分析了一类极槽数相近的分数槽集中绕组嵌入式永磁同步(FCW—IPM)电机的极槽数配合选择依据,基于二维有限元法对该类电机的气隙磁场分布、反电动势、稳态转矩、定位力矩等电磁特性进行了计算和分析。提出了一种交直轴电流全解耦与冻结磁导率相结合的方法,详细分析了交叉耦合及定转子相对位置变化对电机交直轴电感的影响规律。设计并制造了一台额定功率为10kW的样机,样机实验结果验证了设计方法和理论分析的正确性,为该类电机在混合动力汽车驱动领域的进一步应用奠定了基础。     

饱和时分数槽集中绕组永磁同步电机电感计算

分数槽集中绕组(FSCW)电机磁路的特殊性,使得其交直轴磁路的饱和现象更加突出。冻结磁导率法可以精确地计算电机在饱和工况时的交直轴电感参数。利用有限元软件,将该方法应用在10极12槽FSCW样机中,并与传统电感计算结果比较;针对高频信号注入法实现电机无位置控制,目前电机的高频数学模型中使用的还是基频电感,使用冻结磁导率法求解出了电机高频电压数学方程中的高频电感,取代基频电感以提高无位置控制精度。     

分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁动势及绕组系数分析

本文根据绕组电流产生磁动势的基本原理,使用Matlab软件对典型常用的几种分数槽集中绕组单元电机的定子磁势进行傅里叶级数展开,得到分数槽集中绕组磁势各次谐波的频谱图。通过对频谱的分析,得到分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁势的谐波分布规律。在磁势谐波频谱的基础上分析了分数槽集中绕组的绕组系数,得到了绕组系数分布规律及绕组系数表。为分析解决分数槽集中绕组永磁交流伺服电机其它问题打下基础,为电机的设计提供依据。     

三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之一)

分数槽集中绕组在无刷直流电动机应用日渐广泛。研究无刷直流电动机分数槽绕组的相数m、槽数Z、极对数p等设计参数之间的相互关系和约束条件,着重分析三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数Z/p组合规律,给出符合分数槽集中绕组条件的Z/p组合选择表。过去关于分数槽集中绕组文献多只提及表示为Z0=2、p0±1和Z0=2、p0±2的组合,文中给出更多的槽极数组合;同时引入了单元电机和虚拟电机概念,讨论了分数槽绕组和整数槽绕组的绕组分布系数对应关系等问题,可供设计者参考。     

分数槽集中绕组无刷直流电动机绕组结构对比

以6槽8极无刷直流电动机为例,介绍了分数槽集中绕组电机绕组结构包括单层结构和双层结构,通过Ansoft设计软件计算和样机测试对比,得出两者之间由于电感差异引起的机械特性的变化,为正确合理地应用单层绕组结构和双层绕组结构提供了思路。     

每极分数槽永磁直线电机的槽极数配合研究

每极分数槽永磁直线电机(PM linear motors,PMLMs)采用端部不重叠的集中绕组,具有绕组端部短、铜耗低、推力密度高等优点,在数控机床、半导体加工等领域应用广泛。针对12槽/11极与12槽/10极的两种PMLMs,阐述了每种电机采用单边型或双边型、所有齿绕绕组或交替齿绕绕组的4种可行结构,建立了有限元分析模型,分析了平均推力、推力波动与结构参数之间的关系。此外,还重点分析了双边型结构PMLMs在两侧磁极位置错位时的力性能,提出了基于最小推力波动与推力比值的最佳错位位置。通过详细的对比分析,得到了单边型与双边型每极分数槽PMLMs推力波动与推力比值最小的最佳方案,研究结果为该类电机的优化设计及应用提供了参考依据。     

无槽永磁直线同步电动机永磁体对电磁推力的影响

建立无槽式永磁直线同步电动机分层解析模型,以矢量磁位作为求解变量得到励磁磁场和电枢反应磁场的二维解。分析该电机永磁体结构对电磁推力的影响。用有限元法验证解析结果,两种方法所得结果吻合较好,表明方法可行。     

考虑开槽的分数槽集中绕组永磁同步电机电枢反应磁场解析计算

从单个线圈产生的磁场出发,借助单元电机的概念,研究三种不同极槽配合下的单元电机电枢反应磁场的空间分布规律,由单元电机磁场分布矢量图得到单元电机电枢反应磁场的解析表达式;利用复数气隙比磁导,将开槽对电枢反应磁场的影响考虑在内;通过将解析法计算结果与有限元计算结果进行对比来验证解析表达式的准确性;并分析了不同极槽配合电机的电枢反应磁场的谐波成分和开槽对谐波成分和幅值的影响,得出定子开槽主要引起某些谐波分量幅值的变化。     

分数槽三相正弦绕组

阐述分数槽三相正弦绕组实现的原理和匝比的求法。     

分数槽集中绕组永磁交流伺服电动机不平衡磁拉力分析

研究表明分数槽集中绕组永磁交流伺服电动机存在一种内在的不平衡磁拉力,本文从工程实际出发,首先对电机静态不平衡磁拉力进行分析,得到静态不平衡磁拉力的相关结果,采用有限元计算方法对结果进行了验证,证明了这种解析方法的适用性,之后对电机负载时的动态不平衡磁拉力进行了分析。     

分数槽集中绕组定子结构设计与制造技术

将分数槽集中绕组定子冲片由整片改为散片,一方面可以提高硅钢片的利用率、降低制造成本;另一方面还可以简化绕组缠绕工艺,缩短下线周期、节省人力成本.文章对定子冲片结构、叠装工艺、下线工艺及定子装配进行了设计和研究,为同类电机的结构设计和制造提供了参考.     

一种特殊的分数槽绕组

通过实例说明每极每相槽数小于1的分数槽绕组排列方法。     

基于分数槽集中绕组永磁电机的绕组磁动势谐波优化

针对分数槽集中绕组的绕组磁动势谐波含量大的问题,本文基于12槽10极的槽极比模型,采用不等槽深结构对电机的绕组磁动势谐波进行优化。本文探究了不等槽深结构的不等槽深值对12槽10极单双层绕组磁动势的工作谐波和其他谐波的影响以及采用不等槽深结构对电机转子损耗的影响。通过仿真计算验证不等槽深结构对绕组磁动势的谐波削弱效果,并根据其对工作谐波和其他谐波的影响选择合适的不等槽深值。     

分数槽集中绕组感应电机定转子参考位置分析*

在进行分数槽集中绕组样机电磁耦合试验时,将测得的样机感应电压波形和通过Maxwell仿真得到的电压波形进行比对,但需让转子相对于定子的初始相位与仿真时定转子的相对位置保持一致,从而可对试验结果进行更有效的分析。转子的参考位置通过理论分析和仿真计算找到特殊点位置标记为“零点”,再通过试验验证“零点”位置的存在,并在码盘上对位置进行标记,以达到仿真感应电压波形与试验感应电压波形相吻合的目的,为后续的电机测试研究提供便利。