双定子超环面电机磁路模型与气隙磁场研究

双定子超环面电机是一种新型结构的空间电机,将动力和减速机构有机结合,在机器人和航空航天领域具有很好的应用前景。在对该电机的结构特点及运行原理进行分析的基础上,将其三维磁路分解为周向和环向磁路,并建立了简化的等效磁路模型。根据该电机的结构特点对磁路模型中各磁阻进行推导,并对其静态磁场的气隙磁密进行了解析求解。为了验证该磁路模型的准确性,运用有限元方法对其三维磁场进行仿真分析,并对研制实验样机的反电动势进行了测试实验。通过与仿真结果和实验结果进行对比分析表明,该等效磁路模型和参数计算方法是可行的,为进一步定量分析该电机的电磁性能提供了理论依据。     

双凸极变速永磁电机的变结构等效磁路模型

建立了双凸极变速永磁电机的变结构等效磁路模型,推导了气隙比磁导计算公式,通过求解所建立的非线性等效磁路方程,以计算电机的静态特性,计算中计及铁磁材料的非线性以及永磁磁场与电枢反应磁场之间经影响。通过引入适当的修正系数,使计算结果与有限元结果吻合。以新提出的12／8极双凸极永磁电机为算例,对电机的永磁磁链,空载电势,电感等静态特性进行了全面的分析计算,并考虑了转子斜槽对静态特性的影响,所得结果与实测值一致,表明该文所提出了作方法可以快速、有效地分析计算双凸极永电的磁场及静态特性,适合于需要考虑不同结构参数对电机特性影响的应用场合,如优化设计等。     

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。     

外永磁转子爪极电机磁路模型的建立与参数计算

外永磁转子爪极电机是近年来出现的一种新型结构电机,在节能调速和汽车电气系统中具有很好的应用前景。本文在对该种电机的结构特点以及运行机理进行综合分析的基础上,详细分析了电机复杂的主磁通及漏磁通情况,并建立了其简化的等效磁路模型。之后根据电机的结构特点推导出了磁路模型中磁阻和电机电抗参数的解析计算公式,并通过磁路模型得到了该种电机的反电动势计算式。为了验证磁路模型的正确性,本文研制的实验样机的实验结果与磁路模型计算值的一致性表明了理论工作的正确性和可行性。该研究工作为该种新型结构电机的深入研究打下了技术基础。     

磁通反向直线旋转永磁电机三维非线性等效磁路模型分析

该文通过在三维磁路结构中增加可变磁阻单元,建立磁通反向直线旋转永磁电机的三维非线性等效磁路模型,首先采用磁节点法推导此电机定子、动子的磁阻表达式;其次采用二维有限元法确定可变磁阻单元磁阻的变化规律,其磁阻值随动子的直线和旋转运动位置的不同从0到无穷大周期性变化;然后采用分割的方法推导电机气隙磁导的表达式;最后通过迭代的方法对其空载气隙磁通密度等电磁特性进行计算分析,与三维有限元法相比,计算时间大大降低。此模型可以将定子铁心材料的饱和、永磁的局部漏磁、极间漏磁考虑在内,其反电动势、齿槽转矩/直线定位力的计算结果与三维有限元法和实验测量的结果基本保持一致,验证了此等效磁路模型的正确性和有效性。     

混合式磁路结构的稀土永磁同步电机磁路计算

永磁电机中采用混合式磁路结构能有效地提高气隙磁通密度。本文从理论上分析了用等效退磁曲线计算混合式磁路结构永磁电机磁路的可行性；实例计算结果能满足工程要求。     

永磁调速器的磁路结构设计

永磁调速器作为一种新型的调速节能设备,安装在电机与负载之间,采用全新的磁路耦合原理,通过调节气隙实现转速的控制.结合永磁耦合器与永磁电机的相关理论,设计了小功率永磁调速器,通过对磁路结构进行三维动态磁场仿真,分析磁路的形成机理、耦合原理.仿真结果表明这种磁路结构设计合理、可行.在此基础上,完成了磁路相关参数的优化设计.     

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。     

基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计

针对双转子单定子模块化轴向永磁电机的磁场和性能计算,基于等效磁路法提出一种快速计算模型,探讨了定子内外径、永磁体轴向长度、气隙长度等参数对电机损耗和效率的影响。针对一台30k W定子模块化轴向永磁电机进行了效率优化设计,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机气隙和定子齿的磁通密度波形、感应电动势等。该模型考虑了磁路饱和、电枢反应、漏磁通以及定转子相对运动的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了模型的正确性与优化设计的有效性。     

高速永磁爪极电机铁耗与空气摩擦损耗计算

高速电机由于采用高频电源供电,铁心损耗较常规电机突出,且高速旋转引起的空气摩擦损耗亦非常严重。此外爪极电机磁路结构复杂且其磁通呈三维分布,因此需要考虑三维磁场、高频谐波和高速旋转等因素,针对该种高速电机损耗计算模型进行研究。首先通过三维有限元电磁仿真软件对该种电机的磁场分布特点进行分析;然后采用三维正交交变磁化近似等效旋转磁化建立铁耗计算模型,并考虑高频谐波对其影响,通过与有限元软件计算结果对比,验证了计算模型的准确性;此外针对转子转速、转子表面光滑度、轴向风速等因素对空气摩擦损耗的影响进行分析;最后通过实验验证了铁心损耗和空气摩擦损耗计算方法的准确性。     

永磁电机中永磁体数学模型的分析

永磁体的数学模型的确定是永磁电机磁场计算中的关键。文中从电磁场基本理论出发,导出了永磁体在任意复杂形状下,不同磁化方向（平行磁化、径向磁化、圆周方向磁化）时永磁体边界上等效电流的计算方法,为永磁电机电磁场分析计算奠定了基础。     

磁通切换永磁电机固有轴电压分析

对以磁通切换永磁(FSPM)电机为代表的定子永磁型电机固有轴电压机理进行了研究,建立了FSPM电机固有轴电压分析的2D和3D有限元模型,探讨了固有轴电压与电机结构参数之间的关系,对不同电机转速、转轴直径和材料、转子偏心度和电枢电流作用下固有轴电压的特性进行了仿真计算,最后以一台12/10极FSPM电机的实验结果验证了分析和仿真计算的正确性,为高速定子永磁电机的设计和可靠性分析奠定了基础。     

Halbach列永磁电机的研究

在国外研究成果的基础上,系统阐述了Halbach列的组成及其特点,探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷。在介绍Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机的基础上,归纳了Halbach电机的特点,给出了一种新型的Halbach列永磁电机,并分析了其仿真和试验结果。     

Performance Assessment of High-speed Flux-switching Permanent Magnet Machine Using Ferrite and Rare Earth Permanent Magnet Materials

This article presents the investigation and comparison of the capabilities and characteristics of high-speed flux-switching permanent magnet machines using ferrite and rare earth permanent magnet materials. Special design considerations for ferrite flux-switching permanent magnet machines under high-speed operation are proposed. Two ferrite and one NdFeB flux-switching permanent magnet machines, rated at 10 kW and 15 krpm, were designed for performance assessment. Various machine performances, including torque characteristics and loss distribution, are compared. In addition, the risk of partial demagnetization and the performance degradation due to partial demagnetization are also investigated. This research reveals several promising characteristics of the ferrite flux-switching permanent magnet machine, such as lower total loss, negligible magnet eddy current loss, and better cooling potential. The results also show the possibility of designing a high torque density ferrite flux-switching permanent magnet machine, which is comparable to the NdFeB flux-switching permanent magnet machine, taking advantage of the flux concentrating effect.     

优化极弧系数和磁极偏移对齿槽转矩影响的研究

研究优化极弧系数和磁极偏移对永磁电机齿槽转矩的影响,得出磁极偏移后齿槽转矩的表达式。并用有限元方法分析了一台6极电机的两种磁极偏移方法,得出最优极弧系数后,接着采用磁极偏移方法减小齿槽转矩,结果表明将这两种方法结合能极大地减小齿槽转矩。最后通过试验结果与有限元结果的对比分析,验证此方法的有效性,该方法能很好地削弱齿槽转矩。     

电动车辆驱动电机的尺寸优化和功率密度比较

高功率密度电动车辆驱动电机的发展促进了评估与优化带有不同电流与反电势波形的各种结构类型电机的功率水平的方法的研究。本文以一般化尺寸方程和功率密度方程为研究基础,探讨了盘式轴向磁场永磁电机和Ｗｅｈ氏横向磁场永磁电机的尺寸优化,进行了盘式轴向磁场永磁电机、Ｗｅｈ氏横向磁场永磁电机和传统的鼠笼式异步电机的功率密度的比较。     

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。     

径向和切向结构永磁同步发电机的比较研究

针对径向结构和切向结构永磁同步电机结构上的不同,分析了转子加工和装配方面的差异。利用磁路和有限元的计算方法,探讨了两种电机在发电状态下的性能差别,研究了产生这些区别的原因。指出:径向结构永磁同步发电机的电压调整率、谐波失真率小于切向结构永磁电机,外特性较切向结构电机硬;其运行的稳定性要大于切向结构电机;漏磁较小,转子装配工艺简单。     

新概念永磁电机--记忆电机的设计研究

研究了记忆电机的设计方法,分析了记忆电机的磁场分布特点.分析发现,当电机的其他尺寸一定时,永磁体的极弧系数对气隙磁密幅值的影响比径向长度的影响明显,永磁体靠近轴侧的一定范围内磁密为零,因此记忆电机的永磁体存在一个有效径向长度.     

一种新型的双凸极永磁电机

本文介绍一种新型双凸极永磁电机--磁通反向电机(FRM).该电机的永磁体放置在定子齿的表面,永磁体安装简单且适于高速运转;定子集中绕组中的磁通呈双极性变化,其功率密度比传统的DSPM电机要高.文中对其基本结构、工作原理及特点作了分析.