电励磁双凸极发电机转子极宽对输出特性的影响

转子极宽对基于磁阻工作原理的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。从原理上讨论了电励磁双凸极电机磁链变化范围与输出电压的关系,阐述2类气隙对电机磁链变化范围的影响作用。提出第3气隙概念并给出其定义,推导了第3气隙大小与转子极宽的数学关系,并指出第3气隙的大小对相绕组磁链最小值的影响作用较大。利用2维有限元法分析计算得到不同转子极宽下电机静磁场分布、相绕组磁链以及空载相电势波形;通过瞬态场路耦合分析得到不同转子极宽下电机负载状态相电势波形、整流输出电压平均值和纹波大小。原理样机的实验结果验证了有限元计算和场路耦合分析的正确性。表明定转子极宽相等即第3气隙最大时电励磁双凸极电机输出功率大且输出电压波动小。     

电动汽车用永磁电机弱磁调速能力

针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响。采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律。结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系。样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围。电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力。     

用于弱磁扩速运行的三相6/5极永磁开关磁链电机的分析与优化设计

介绍了三相6/5极永磁开关磁链电机的结构特点和运行原理,并在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感在电机弱磁扩速中的作用,通过有限元分析研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响。结果表明,该电机的磁链和反电势波形接近正弦,适用于永磁无刷交流电动机的控制方式;电机可通过定转子齿宽搭配来设计相对较大的直轴电感。在上述分析的基础上,对一台电机进行了优化设计,制作了样机,并进行了实验验证。     

双凸极永磁电机斜极转子设计和绕组换流模式研究

本文首先分析了双凸极永磁电机转子极弧宽度对自定位转矩的影响,提出了双凸极永磁电机等极弧半极宽斜极转子的设计思想;在此基础上,通过对绕组磁链的分析,率先将六状态换流模式引入到双凸极永磁电机的控制系统中,改善了双凸极永磁电机的换流特性,有效减小了转矩脉动,同时简化了系统控制参数,提高了控制的可靠性.数字仿真和试验结果验证了这些设计思想的正确性.     

定子永磁型双凸极电机转子设计

双凸极永磁电机转子结构简单,其参数变化对电机的运行性能影响很大.通过有限元计算和仿真,分析了转子极弧宽度和斜槽角度对电机磁链、反电势及电感等静态特性的影响.样机测试结果验证了理论分析的正确性.     

一种新型低转矩脉动电励磁双凸极无刷直流电机

传统的电励磁双凸极电机(doubly salient electromagnetic motor,DSEM)通常采用6k/4k极结构(k为正整数),每个励磁元件匝链3k整数倍相绕组,各相磁路不一致且每相磁链最小值与最大值处的变化率不同,因此磁链、反电势波形的对称性较差。此外,传统DSEM通常采用三相三状态的控制方式,对应相绕组在电感最大值处换相时会产生负向转矩,加剧了DSEM的转矩脉动。本文研究一种新型12/10极DSEM,根据相差180°电角度的两相绕组的电磁特性存在互补关系的规律,将六相绕组两两反向串联构造成一种低转矩脉动DSEM。场路联合仿真及实验结果表明:两两反向串联后电机磁链、反电势的对称性得到很大的改善,并且随着转子位置角的变化,相绕组自感基本保持恒定。在此基础之上采用三相六状态控制策略电动运行可以获得与永磁无刷直流电机相似的转矩性能,因此得到了一种低转矩脉动DSEM的优选方案。     

双三相隔齿绕永磁同步电机容错性能分析

集中绕组中隔齿绕制形式能增大电机的绕组自感,实现绕组间的相互隔离,将该种绕组结构应用在双三相永磁同步电机可设计一种新的永磁同步容错电机。利用Ansoft Maxwell 2D分别为12槽10极和24槽22极双三相隔齿绕永磁同步电机建立仿真模型,针对不同绕组分布形式的电机进行有限元分析。研究两种极槽配合形式下不同接线方式的双三相隔齿绕永磁同步电机在静态磁场和瞬态磁场中的空载磁链波形、空载反电动势波形和绕组电感矩阵等特性,对比分析其电磁性能和容错性能,总结出更适合永磁同步容错电机的结构类型。     

基于不等匝绕组的交替极永磁电机转矩脉动抑制技术

交替极电机的永磁体被凸极铁心替换会形成不对称的空载气隙磁密，导致气隙磁密偶次谐波，进一步在相反电动势中感应出偶次谐波，增加电磁转矩脉动。当交替极永磁电机的极槽配合符合N_s=k(2P±1)(k是正整数，N_s和P分别是定子槽数和转子极对数)时，相反电势中会存在偶次谐波。为此，提出不等匝绕组技术消除交替极永磁电机的低次反电势偶次谐波，抑制电磁转矩脉动。首先推导了消除2次和4次反电势谐波的最优比例，然后以27槽30极电机为例，采用2维有限元方法对比分析了交替极和传统永磁电机的反电势和转矩特性，结果表明，采用不等匝绕组的交替极电机转矩脉动仅为1.2%,与传统电机相比下降了7.84个百分点，最后加工了不等匝绕组27槽30极交替极永磁电机对对理论和有限元分析进行了验证。     

外转子双凸极永磁电动机的有限元分析

在双凸极变磁阻电机基础上，提出了一种外转子结构的双凸极永磁电动机并确定了其结构尺寸。针对该电机在不同转子位置角、不同电枢电流分别工作在单拍和双拍时的空载、负载以及电枢磁场单独作用的情况进行了基于场量的有限元数值计算，并进一步得出了该电机的静态参数特性曲线。分析表明，相对于双凸极变磁阻电机而言，由于该电机高磁阻高矫顽力的永磁体的存在，电机电枢磁链只能通过相邻极闭合而不能穿过磁钢匝链到其他相，使得绕组电感特性发生了变化。电枢磁通对永磁磁通增磁或去磁特性改变了永磁磁链的流向。电机由半周期控制运行模式变为全周期控制运行。     

转子极弧对永磁双凸极电机性能的影响

介绍了一种新型12／8永磁双凸极电机的结构和工作原理，利用ANSYS软件中的二维电磁场建立电机本体模型，并进行有限元仿真计算，分析转子极弧变化对磁链、电感、反电势以及转矩等静态特性的影响，为电机设计和控制奠定基础。     

内置式永磁电机磁极优化及磁热耦合仿真

针对分数槽集中绕组永磁同步电机的损耗高、效率低等问题,提出通过对内置式永磁电机转子磁路结构进行优化的方式来提高电机效率,并利用有限元方法进行计算、建模仿真和验证。利用有限元分析方法,分别针对一字型、弓型、阶梯型、线性型等转子磁路结构电机进行空载、负载的电磁计算与分析,计算结果表明,在电机功率、尺寸、转速相同,永磁体用量和位置相同的情况下,磁极优化后电机的反电动势波形更好、损耗更低、效率更高。为了进一步验证电磁场分析结果的正确性,将电磁计算结果以热载荷的形式加载到电机有限元温度场仿真的模型中,通过有限元电磁场与温度场耦合仿真,进一步证明磁极优化后电机的效率显著提高,温升明显下降,电机磁极优化可以大大提高电机的效率。     

极靴式永磁同步电机径向气隙磁密分析

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差,加工复杂结构的永磁钢导致电机成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装极靴的新型磁极结构。以标量磁位法为基础,建立了加装极靴后的空载径向气隙磁密解析模型,以一台18极54槽外转子永磁电机为例,通过有限元法验证了解析模型的正确性。此外,基于解析模型研究极靴结构参数对径向气隙磁密的影响规律,获得最优参数匹配。结果表明,加装极靴的永磁同步电机径向磁密幅值和波形正弦化程度明显提高。     

磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究

为了满足机械强度要求,高速永磁电机通常采用径向磁通结构。随着非晶合金等新型超薄软磁材料的发展,高速高频轴向磁通永磁电机逐步引起关注。为此,针对一种适合于高速运行的磁极分段式轴向磁通永磁电机转子结构进行研究。建立了该转子结构强度解析计算模型,分别利用解析法和有限元法计算了不同极弧因数、转子轮缘宽度以及转子磁极分段数对转子机械强度的影响规律。同时研究了磁极分段式结构对轴向磁通永磁电机气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩和转矩密度等电磁性能的影响。结果证明采用磁极分段式结构能有效提高转子强度,相关研究工作为高速轴向磁通永磁电机的设计提供参考。     

PCB定子无铁心盘式电机绕组结构设计与优化

为改善盘式定子无铁心电机空载反电动势波形的正弦性和降低反电动势的高次谐波,本文提出了一种PCB绕组盘串联叠加的定子结构,且叠加的定子绕组盘之间具有角度差。首先采用理论的方法得到了电机绕组的基波和谐波反电动势有效值的解析式,并建立了电机绕组结构的优化模型以确定叠加绕组盘间角度差的范围。通过三维有限元分析,确定了最佳角度差。最后对样机进行空载反电动势实验,可以发现实验结果与仿真结果基本吻合,证明了本文提出的定子结构对提高电机反电动势正弦性的有效性。     

无刷直流电动机电流波形分析

着重分析无刷直流电动机(BLDCM)电枢电流波形。理论上,由于BLDCM的转子采用永磁体励磁,电机气隙理想磁场为梯形波磁场,当采用方波电压控制时,电枢电流应为方波电流,而实际上电流波形并非方波,其主要原因是由于绕组反电势并非理想梯形波。     

一种新型单相磁通反向电机磁场调节分析

针对传统2/3极单相磁通反向电机磁场调节困难的问题,在电机定子轭部开槽增加一组交流励磁补偿绕组来调节磁场。借助于有限元仿真,对比研究该电机空载情况下采用3种不同剩磁感应强度的永磁材料,转子在电枢绕组交链磁通最大位置时的磁力线分布、在不同幅值的交流励磁电流下的气隙磁密和电枢绕组交链磁通的变化,以及电机电枢绕组中感应反电动势。     

外永磁转子横向磁通爪极电机研究

为了解决外永磁转子爪极电机漏磁较为严重的问题,提出了一种新型结构的外永磁转子横向磁通爪极电机。在对该种电机的结构、特点、材料以及运行机理分析的基础上,首先采用常规的等效磁路分析方法,建立了该种电机的等效磁路模型,并推导出各部分的磁阻和电抗的计算公式;然后利用有限元分析软件,建立了该种电机三维电磁场分析的仿真模型,并对电机内部磁场分布加以分析研究,且计算得到了电机的空载漏磁系数;最后给出了该种电机的气隙磁密及空载电动势波形。结果表明该新型结构电机具有良好的特性,也为该种电机的深入研究奠定了技术基础。     

磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计

Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。     

基于梯形波相电流控制的六相感应电机性能分析

六相感应电机通过使用梯形波相电流而把定子绕组分成励磁绕组和转矩绕组,这样可以实现励磁磁场和电磁转矩直接控制而不需要复杂的派克变换,本文主要对磁势解耦时磁链和转子感应电压进行了理论和有限元分析,并实验测量了梯形波相电流驱动下六相感应电机转子感应电压,结果表明转子感应电压的有限元分析和实验结果是一致的。     

Electromagnetic Design and Analysis of a Novel Axial-Transverse Flux Permanent Magnet Synchronous Machine

This paper analyzes a novel hybrid axial-transverse flux permanent magnet (PM) synchronous motor achieving high torque density. The stator pole pitch and the rotor pole pitch are the same. The motor is suitable for vehicle traction systems. The new axial-transverse machine has a single-sided or double-sided air gap. The machine has two adjacent quasi-U stator cores with ring-type winding, and the rotor has two PM groups, one outer and one inner. The shape of quasi-U stator core allows changing the flux path without changing power supply polarity. The analytical expressions of the no-load back-EMF and the torque are derived, after the development of 3-D magnetic equivalent circuit (MEC) model. The 3-D finite element method (FEM) is used to analyze the magnetic field, torque, and cogging torque for different skewings of the PMs.