考虑发热限制的双余度无刷直流电机定子裂比优化方法

针对一种航空机电作动器用双余度无刷直流电机在外形尺寸及发热限制下的转矩提升问题,提出一种新型的双余度无刷直流电机定子裂比优化方法。该优化方法通过限定铜耗密度以限制电机整体发热,限定电流密度以限制绕组局部发热,以发热限制为电磁转矩边界,针对单绕组工作冷备份与双绕组工作热备份两种备份方式,通过分析电磁转矩与定子裂比的关系,推导得出两种备份方式使电磁转矩最大的最优定子裂比表达式。利用有限元仿真对最优定子裂比解析值进行了验证,误差小于2%;依照本方法试制出样机,样机电磁转矩测试值与解析值相比误差为9.3%。仿真及测试结果表明,所提出的新型定子裂比优化方法可在双余度无刷直流电机外形尺寸一定、限制发热条件下,使转矩得到充分提升。     

轴向磁通无铁心永磁电机多层矩形扁线绕组涡流损耗解析计算及优化

轴向磁通无铁心永磁电机的定子为无铁心结构，采用扁线绕制的定子绕组盘，具有槽满率高、平整度好、加工简单等特点。但是相对于圆形导线，矩形扁线具有截面积较大、涡流损耗大的缺点，导致电机损耗偏高、效率偏低。该文根据轴向无铁心电机磁场的三维分布特性，针对矩形扁线涡流损耗分布不均匀的特点，推导了定子无铁心扁线绕组特有的涡流损耗快速计算方法。在此基础上，基于涡流损耗的产生机理并以绕组铜耗最小为优化目标，建立了扁线绕组最优参数的求解公式。采用三维有限元软件仿真及样机测试的方法，验证了涡流损耗解析计算方法的有效性和准确性。结果表明，该文提出的涡流损耗计算公式以及导线参数优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率，所得结论可为轴向无铁心电机定子绕组的设计及优化提供理论依据。     

高速储能飞轮用无铁心永磁无刷直流电动机的分析与设计

采用电磁场的数值计算方法,对比分析了常规磁体结构和HALBACH磁体结构的外转子无定子铁心永磁无刷直流电机,重点分析了磁体厚度变化对两种磁体结构电机气隙磁通密度、磁通及转子轭部磁通的影响,认为HALBACH磁体结构特别适于外转子高速飞轮用无铁心电机.提出HALBACH磁体结构电机的场路结合设计计算方法,并通过一25Nms角动量(30000r/min额定转速)的高速外转子飞轮用无铁心永磁无刷直流电动机进行了试验验证.     

高速永磁无刷直流电机设计和试验

高速永磁无刷直流电机具有功率密度高、体积小、效率高等优点,在很多领域有着广泛应用。介绍了高速永磁无刷直流电机设计的关键问题,研制了2.3 kW,15万r/min的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统,并结合空载试验计算了电机的定子铁耗和轴承损耗。     

基于RMxprt磁路法的双定子永磁无刷直流电机设计方法

双定子永磁无刷直流电机(DS-PMBL)因其高机械集成度、高转矩密度而具有较高的应用价值。但其特殊的结构,难以用现有的设计程序进行电磁设计。将基于Ansys软件中的RMxprt模块并结合传统磁路计算法,借助定子裂比优化法探讨将DS-PMBL拆分成两个单定子永磁无刷直流电机(内电机和外电机),分别展开设计,最终将两个设计方案合理拼接成DS-PMBL模型,并通过相关仿真试验验证模型的性能。     

高速永磁同步电动机铁耗分析

为分析高速永磁同步电动机定子各区域的铁耗分布情况,以一台额定功率为250 k W、额定转速为67 002 r/min的高速永磁同步电机为例,建立高速永磁同步电机的二维有限元计算模型,对定子区域进行划分,研究一个周期内各个区域径向磁密和切向磁密的变化规律,采用不同的铁耗计算模型计算出定子铁心各区域铁耗的分布特性,将定子铁耗计算结果与有限元计算结果相比较,并进一步分析高速永磁同步电机的铁耗密度分布特点。计算结果表明,高速永磁同步电机稳定运行在较高的频率时,定子铁心中的涡流损耗占总铁心损耗的比重最大,附加损耗占比最小。当考虑旋转磁场和谐波分量的影响时,定子铁心损耗的大小明显高于仅考虑交变磁场影响时的损耗,更接近有限元计算结果。虽然定子齿顶的铁耗最小,但该区域的损耗密度最大,此外,定子铁心的各个区域还存在大量的谐波铁耗。此研究可为后续高速永磁同步电机设计提供一定参考。     

变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机损耗

作为一种新型的圆筒型直线电机,横向磁通圆筒型永磁直线电机与传统永磁直线电机相比,定子齿槽与电枢绕组空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,易于实现高力密度,在高推力密度领域具有广泛的应用前景。本文针对在变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机的铜耗、定子铁心损耗以及动子侧永磁体内涡流损耗展开研究。首先,研究电机按正弦规律往复运动即推力正弦变化时的铜耗计算方法。其次,计算其在变速往复周期运动模式下的定子铁心损耗,为了验证计算方法的准确性,设计了铁心损耗测试方法,并对测试结果和计算结果进行了对比分析。最后,计算其在变速往复周期运动模式下的永磁体内涡流损耗。     

高速永磁无刷直流电机铁耗的分析和计算

给出了永磁电机中铁心损耗的计算模型。该模型结合二维时步有限元法进行分析计算,考虑了实际电机运行时铁心材料中的交变损耗和旋转损耗,并对一台20000r/min的高速永磁无刷直流电机进行了分析计算,给出其不同位置的损耗密度。对计算结果和测量结果进行了分析比较,验证了此分析模型的有效性,为进一步对电机进行优化设计、减少损耗奠定了基础。     

高速永磁无刷直流电机铁耗的分析和计算

给出了永磁电机中铁心损耗的计算模型。该模型结合二维时步有限元法进行分析计算,考虑了实际电机运行时铁心材料中的交变损耗和旋转损耗,并对一台20000r/min的高速永磁无刷直流电机进行了分析计算,给出其不同位置的损耗密度。对计算结果和测量结果进行了分析比较,验证了此分析模型的有效性,为进一步对电机进行优化设计、减少损耗奠定了基础。     

无刷直流电机集中式绕组槽极数选择优化分析

本文着重对无刷直流电机采用集中式绕组时定子槽数与极数的配合问题进行分析研究,选择适当的槽极数来降低电机铁心损耗和电机齿槽转矩,以达到优化电机性能的目的.     

基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术

非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。     

高速永磁无刷直流电动机定子槽数的双变量优化方法研究

为研究高速永磁无刷直流电动机的槽数优化选择问题,通过有限元分析方法分别建立不同定子槽数电机模型,从转子涡流损耗和抗电枢去磁能力两方面分析不同定子槽数对高速无刷直流电动机性能的影响,提出基于双变量的槽数优化目标函数,得到21槽的分数槽优化设计方案。仿真和样机制作证实了目标函数所得到的分数槽结果在高速无刷直流电机定子槽数选择中的合理性。研究结果为高速永磁无刷直流电机定子槽数选择提供了理论依据与方法。     

高功率密度永磁无刷直流电机铁耗计算分析

针对高功率密度永磁无刷直流电机铁心损耗的计算方法及其对电机参数设计的影响,对比分析了几种计算方法的结果,提出的基于磁密波形的正交分解-傅里叶分解法的计算结果最接近实测值。基于此方法,研究了3200W样机定子铁心损耗密度的分布及铁心损耗随负载转矩和转速的变化规律。结果表明定子铁心损耗的分布与磁密分布具有相似性;选用2对磁极和35WW230硅钢片材料,使得涡流损耗和磁滞损耗随转矩和转速变化的曲线交点分别出现在额定转矩和额定转速之后。对于高功率密度永磁电机,避免齿部磁密过分饱和、选用较小极对数和涡流效应较小的硅钢片材料,可减小额定工况下的铁心损耗,提高电机工作效率。     

定子无铁心轴向磁通永磁同步电机研究进展综述

定子无铁心轴向磁通永磁同步电机(axialflux permanent magnet synchronous motor,AFPMSM)因其结构紧凑、功率密度和转矩密度大、无铁心损耗、效率高等特点受到越来越广泛的关注,在要求空间紧凑和高转矩密度的场合具有广阔的应用前景。介绍定子无铁心AFPMSM的典型拓扑结构,分析此类电机电磁性能的设计分析方法及一系列优化方法,讨论此类电机热学性能分析优化以及力学性能分析方面的研究,总结针对此类电机绕组电感很小的特性提出的控制策略以及弱磁扩速方面的研究,最后整理了此类电机目前的应用情况,并展望了定子无铁心AFPMSM研究领域今后的发展方向。     

高速永磁无刷电机电磁损耗的研究概况(英文)

高速永磁无刷电机得到越来越多的关注,其电磁损耗及抑制措施就是一个研究热点。首先,由于基波频率高(可达到1 kHz以上),定子绕组的集肤效应和临近效应产生附加铜耗。附加铜耗可以通过采用细导线并绕的方法来抑制。其次,定子铁心中的磁场交变频率高,导致铁耗明显增加。为降低定子铁耗,需要设计较少的电机极数、远低于常规电机的定子铁心磁密,并采用低损耗的铁心材料。再次,由于定子磁动势的谐波频率及气隙磁场的变化频率都数倍于基波频率,在转子中产生涡流损耗,而这种涡流损耗在中、低速永磁无刷电机中往往是忽略不计的。为抑制转子涡流损耗,应减小定子磁动势的谐波分量,也可采取减小定子槽开口、加大气隙长度、对永磁体进行轴向分块、采用转子导电屏蔽层、对转子保护套周向开槽等措施。此外,适当的控制策略(如永磁无刷直流电机超前触发、永磁同步电机弱磁控制)也有助于减小电磁损耗。     

高速电机用非晶合金定子铁心的损耗特性研究

采用热处理后浸漆、固化、切割的方法将非晶态合金带材制作成电机定子铁心,研究了尺寸相同的非晶合金定子铁心与硅钢定子铁心的磁性能.结果表明,在频率为1 kHz、磁通密度为1.0 T时非晶定子铁心的损耗为42W/kg,在相同测试条件下,硅钢定子铁心的损耗为102 W/kg,非晶定子铁心在1 kHz、1.0 T时的损耗比相同尺寸的硅钢定子铁心的损耗降低了58.8%.     

无铁心盘式永磁无刷直流电机的三维电磁场分析

盘式永磁无刷直流电机具有较高的转矩—惯量比和功率密度。介绍一种24对极无铁心盘式无刷直流电机,对其运行原理和电磁设计进行分析。考虑到盘式永磁无刷直流电机磁场分布的特点,利用Ansoft Maxwell 3D软件分析了一对极下气隙中的磁通密度的分布,计算定转子的受力情况,其结果为进一步优化设计方案提供理论参考。     

基于效率及温升的轴向磁通永磁电机优化设计

从定子无铁心轴向磁通永磁电机高效率低温升的优化设计目标出发,对拟设计电机进行单变量参数化分析和多维优化设计。通过建立无铁心轴向磁通永磁电机的参数化等效磁网络模型和集总参数等效热网络模型,并使用MATLAB编程计算各组参数下电机的各部分损耗、电机效率及各部分温升变化,实现电机的参数分析和性能计算。文中综合考虑电机效率和温升最优区域在多维设计空间的分布,寻找满足约束条件的最优设计值,并根据优化设计的电机参数设计一台无铁心轴向磁通永磁电机,实测典型工况下电机的性能,与仿真的电机效率和温升结果进行对比,验证了优化设计方法的可行性和有效性。     

电动车用模块化轴向磁通永磁同步电机宽转速范围效率优化控制方法EI北大核心CSCD

电动车经常运行在频繁启停、加减速和变负载工况下,宽调速工况下的高效运行是关键问题。该文研究电动车用模块化轴向磁通永磁同步电机的宽转速范围效率优化方法。首先,针对电机模块内定子单元的效率优化问题,提出采用等效损耗电阻在线补偿的损耗最小控制方法,基于损耗模型得到效率最优的控制电流指令值;然后,针对多模块系统的效率优化问题,提出转矩分级优化分配策略,根据模块的效率分布和遗传算法设计电机各模块、模块内各单元的转矩分配方法;最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法可以有效降低驱动系统损耗,增加系统高效率区间,提升电动车续航里程。     

车用电机定子振动特性的影响因素分析及优化

以某电动车驱动用无刷直流电机为研究对象,在ANSYS中通过APDL语言建立了基于铁心内径、铁心外径等参数的定子结构参数化模型,通过模态仿真和计算,得到了相应的模态阵型及振动特性,同时为了获得电机的实际振动特性,在电机NVH测试台架上进行了电机声振测试,试验结果和仿真结果相符,验证了模型的正确性。进而对影响振动特性的因素进行灵敏度分析,以此为依据对定子进行了优化设计。优化后电机定子总成的模态频率整体上有了大幅度的升高,降低了电磁噪声频带范围内的模态密度,振动噪声特性得以改善,且定子体积与质量均减小,达到轻量化目的。