少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机性能和材料成本研究

稀土永磁同步电机性能优越,但稀土永磁材料价格昂贵导致电机成本增加。因此,提出了一种新型少稀土永磁同步电机,其永磁体采用组合磁极Halbach结构。分析了少稀土组合磁极永磁同步电机的结构特点,并在此基础上,提出了少稀土T型、HAT型和LREH型三种组合磁极Halbach永磁同步电机拓扑结构。从电机空载反电动势、空载齿槽转矩和额定负载电磁转矩等方面分析了三种拓扑结构少稀土永磁同步电机,并与稀土永磁同步电机进行对比分析。在等转矩条件下研究了钕铁硼和铁氧体两种永磁体厚度对少稀土组合磁极永磁同步电机材料成本的影响。对比分析了稀土永磁同步电机和三种少稀土永磁同步电机的材料成本。有限元仿真结果表明LREH型少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机具有更好的转矩性能和更低的材料成本。     

稀土永磁同步发电机的设计特点

介绍了稀土永磁同步发电机的永磁磁路设计以及电磁设计上的一些特点，简要分析了永磁同步发电机的电压调节，改善电压波形以及永磁体的最佳工作点和最大去磁工作点之间的关系，得到了有用的结论。     

Revolving magnet wheels with permanent magnets

A new type of actuator with both magnetic levitation and linear drive is proposed. The actuator, called magnet wheel, has a rotating magnetic field obtained by revolving permanent magnets with high coercivity mechanically. The induction repulsive-type magnetic lift force with self-stabilization can be obtained by linking the rotating flux to a conducting plate. The induced simultaneous drag torque, which causes power loss, is used to obtain thrust in two proposed ways. These are called “tilt type” and “partial overlap type,” respectively. In the tilt type, the magnet wheel is tilted against the surface of a conducting plate. In the partial overlap type, the magnet wheel operates near the edge of a conducting plate. In this paper, the fundamentals of the structure of proposed magnet wheels are described. The basic characteristics at parallel to the conductor are shown by using a numerical three-dimensional electromagnetic analysis and measured results. The generation of both lift force and thrust in tilt type and partial overlap type magnet wheel are proved by experiments, respectively.     

少稀土非对称永磁电机的分层多目标优化分析

针对传统稀土永磁电机稀土材料用量高、永磁磁场不易调节问题,本文提出了一种少稀土非对称混合永磁电机,采用两种不同永磁材料励磁以降低稀土永磁材料的用量,混合永磁材料的非对称放置结构设计以改善电机的电感性能,提升电机弱磁升速性能。针对该电机相对复杂的结构,提出基于参数敏感度的分层多目标优化设计。对电机进行了参数化建模,建立包含转矩、转矩脉动、反凸极比和铁耗的多优化目标函数。通过参数敏感度分析对众多尺寸参数进行分层筛选,针对主敏感参数采取多目标遗传算法优化,而次敏感参数则采用响应面与多目标自适应优化结合的方法确定电机最优的尺寸参数,并对电机优化前后的电磁性能进行了分析比较,验证了优化方法的可行性,为该类复杂结构电机性能的改善提供了更加丰富的优化设计方法。     

稀土和铁氧体混用永磁辅助同步磁阻电机（英文）

永磁辅助同步磁阻电机在宽转速范围内的高效率优点,使其成为高性能调速驱动应用的重要方案。虽然永磁体仅用于辅助目的,但其特性仍然对电机产生重要影响。例如,稀土永磁体辅助的同步磁阻电机面临着成本高、供应链波动大的问题,而铁氧体辅助的同步磁阻电机面临永磁体磁性能较差、易退磁等问题。本文在综合考虑稀土和铁氧体特性差异的基础上,提出了一种新型混合永磁辅助同步磁阻电机。通过在靠近转子外围的磁障中放置少量稀土永磁体,可显著提高电机的抗退磁能力。分析结果表明,稀土与铁氧体的体积比例在略高于5%时,即可在抗退磁能力、单位转矩的成本等因素之间取得很好的平衡。本文设计了一台稀土体积占比为5.5%的混用永磁辅助同步磁阻电机样机,并与两台已有的常规电机（分别是铁氧体辅助和稀土辅助）进行了对比研究。有限元分析和实验结果表明：在三台电机电磁性能基本相同的前提下,混用永磁辅助电机的抗退磁能力显著高于铁氧体辅助电机,而成本明显低于稀土辅助电机。     

永磁体参数对双定子球形电机磁场影响的研究

永磁球形电动机采用不同的永磁体结构参数,对电机的电磁场会产生一定的影响。论文提出一种新型双定子永磁球形电动机,建立不同的永磁体参数的电机模型,对比分析不同参数的永磁体结构对电机电磁场的影响。利用三维有限元法分别对电机内外磁场进行建模分析,得到了气隙磁通密度径向分量分布数据。同时,针对永磁体的结构参数进行了静磁场磁通密度和磁场分布计算,建立了球坐标系下永磁体磁场有限元求解模型,进行对比分析。理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,文中对转子永磁体的磁通密度进行了测试,与仿真计算结果一致。     

悬浮系统中永磁体性能分析及结构设计

对不同永磁体材料进行了对比分析,进一步研究电磁一永磁悬浮系统中永磁铁的磁场及电磁力特性,并在Maxweu3D软件环境下设计多种应用于不同电磁一永磁悬浮系统的永磁体结构,重点分析了26面体永磁结构在电磁悬浮系统中的磁场特性和受力特性。结果表明,所设计的永磁体具有良好的空间对称性和稳定性,能够实现一些特殊的用途。     

新型永磁操动机构智能交流接触器的研究

设计了一种永磁操动机构智能交流接触器,提出了新型单线圈单稳态永磁操动机构,在U刑静铁心曲端各安装一块永磁铁,增强了电磁力,减轻了动铁心重量。采用ANSYS对操动机构磁场的分布特性及电磁力进行了分析和仿真测试。设计了具有欠压保护功能的智能控制单元。该项研究降低了接触器分、合闸电流,节能效果良好。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

基于EEMD-RobustICA的车用永磁同步电机噪声源识别

针对电动汽车驱动用永磁同步电机噪声源问题,采用集合经验模态分解(EEMD)结合鲁棒性独立成分分析(Robust-ICA)方法对电机噪声信号进行分解与分离,利用傅里叶变换与小波变换相结合的方法对各噪声源进行频域与时频域分析。结果表明,EEMD-RobustICA的方法可以有效地识别出该永磁同步电机的主要独立噪声源,各噪声源的贡献量大小依次为开关频率噪声、径向电磁力噪声和机械噪声。开关频率噪声是一种高频瞬态噪声,在时频域上呈现周期性变化。径向电磁力噪声与机械噪声均为稳态低频噪声。基于EEMD-RobustICA的噪声源识别方法可以为降低永磁同步电机的噪声提供理论依据。     

潜水电机电磁噪声分析和对比

针对传统的潜水感应电机和一种具有更高效率的新型潜水永磁辅助同步磁阻电机（PMASRM）,利用多物理场耦合有限元仿真,分析和对比其电磁噪声。在电磁场有限元软件中对电机的气隙磁密和径向电磁力波结果进行二维傅里叶分解,分析了气隙磁场和径向力波的时空特性。PMASRM转子磁导作用产生的气隙磁密谐波空间阶次更高,造成的径向电磁力波阶次更高,可以降低电磁噪声水平。声学仿真结果验证了上述结论。     

新型直驱永磁风力发电机电磁场数值分析

以新型直驱永磁风力发电机为研究对象,在完成采用XLPE高压电缆作为定子绕组的1.5 MW/10.5kV内转子新型直驱永磁风力发电机电磁设计的基础上,在Ansoft Maxwell环境下建立发电机二维模型,对发电机各个工况下的电磁场进行有限元仿真与分析,包括静态空载、额定负载、不对称短路故障情况,对发电机永磁体在出线端突然三相短路时受冲击电流影响是否会发生局部失磁进行分析,验证新型永磁风力发电机电磁设计的可行性。结果表明,新型风力发电机与传统永磁风力发电机电磁场分布规律一致,且其额定电压高,绕组电流密度较小,额定负载与单相短路情况下永磁体磁场受电枢磁场影响较小,铜耗和铁耗也较小,同时在极端短路情况下永磁体局部不会出现永久性退磁,设计方案可行。     

Halbach结构在永磁交流伺服电机中的应用

由正弦波电流驱动的永磁交流伺服电机,因其优良的性能被广泛应用于航空、航天、船舶和军工等领域。而独特的Halbach磁体阵列结构因其特有的充磁方式,具有磁场分布正弦性好、气隙磁密幅值高等优点。为进一步提升永磁交流伺服电机的性能,给出了两类Halbach磁体磁感应强度解析式,分析了Halbach结构在永磁交流伺服电机中的应用及该结构电磁特点,并通过有限元仿真对比研究了平行充磁Halbach结构、径向充磁Halbach结构、常规平行充磁结构与常规径向充磁结构电机的气隙磁场与输出转矩。最后通过搭建实验测试平台验证了仿真的准确性。     

电动客车用永磁同步电机噪声特性研究

本文针对纯电动客车用永磁同步电机的噪声特性进行研究。通过建立电机的电磁场有限元模型,从电磁力角度分析电机在空载和额定负载工况下作用于电机定子齿部的径向电磁力波的差异,并考虑电机在变频器供电下时间谐波的影响,研究电机径向电磁力波的阶次特征和频域特性。最后通过半消声室台架进行电机噪声测试,验证了径向电磁力波特性分析与试验数据阶次特征的一致性。该研究为永磁同步电机电磁噪声优化提供依据。     

一种初级永磁型直线电动机的推力特性

针对应用于电磁弹射中直线感应电机推力密度和功率因数均较低的问题,提出一种应用于电磁弹射的初级永磁直线电机。给出了电机的结构和工作原理,采用二维有限元方法对电机的静态特性进行分析,给出了电机的磁链、反电动势和电感特性。在静态特性基础之上,通过能量法对电机推力特性进行推导。采用瞬态二维有限元方法对推力特性和电磁弹射的加速过程进行仿真分析,通过试验验证有限元仿真的正确性。仿真和试验结果表明,该电机具有小的定位力、较小的推力波动和简单的控制策略,在电磁弹射系统应用中具有很好的前景。     

超高速永磁同步电机振动噪声分析

超高速永磁同步电机（PMSM）具有转速高、径向力波阶数低等特点,但定子易共振引发较大噪声。以1台超高速PMSM为例,依据电机实际尺寸,建立了电机电磁场模型和定子结构的3D模态模型。采用有限元法对该电机的径向电磁力进行仿真,分析了引起电机振动的主要电磁力谐波次数,确认了电机电磁噪声的主要来源。最后,通过ANSYS声场的声压级云图研究了超高速PMSM的电磁噪声特性。     

异步起动永磁同步电动机电磁振动特性及抑制措施的研究

现有关于永磁电机电磁振动的研究主要围绕单边开槽永磁电机展开,而异步起动永磁同步电动机的定转子双边开槽、永磁体内置于转子铁心内部,导致其电磁振动特性及抑制措施的研究难度大幅增加。本文针对异步起动永磁同步电动机的负载运行,提出了一种新的电磁力解析分析方法,建立了不同阶数、频率的电磁力与电机定转子齿槽参数之间的明晰关系。利用机械阻抗法计算了电机主要低阶电磁力的电磁振动响应,并得到了对电机电磁振动起主要作用的低阶电磁力的频率。进一步研究了通过改变定子齿宽抑制上述主要电磁力,并得到了相应的定子齿宽确定方法,利用有限元法验证了上述抑制措施的有效性。     

基于ANSYS的隔爆型稀土永磁电动机电磁设计

基于ANSYS Emag有限元分析程序和ZGB Motor Calc电磁计算程序联合的场路结合分析方法,分析、计算隔爆型稀土永磁电动机的磁场分布以及各项参数。其操作相对简单、计算精度可满足需求,现已在佳木斯电机股份公司广泛应用,并得到了验证。     

发电机永磁体尺寸的设计和稳压控制

扼要介绍了径向励磁结构的稀土永磁同步发电机的结构特点,提出了确定永磁体尺寸的方法步骤;提出新的电容补偿方法及补偿电容量的计算,简单介绍了稳压电路的工作原理;最后给出试验结果并进行了分析。     

复合结构混合永磁电机抗退磁性能分析及优化

针对传统稀土永磁电机的稀土永磁材料用量高的问题,本文提出一种由钕铁硼和铁氧体混合永磁的交替极加局部Halbach结构的少稀土永磁同步电机,分析了该复合结构混合永磁电机的结构特点。比较分析了该电机与传统一字型钕铁硼稀土永磁电机的电磁性能,并依据退磁特性建立了该电机的局部退磁有限元模型,通过磁路耦合联合仿真对电机多运行工况进行了仿真,针对高速弱磁和变载运行工况下电机局部退磁的性能损耗,以提高永磁体工作点和降低退磁率为优化目标,给出了该电机的抗退磁优化设计方案。仿真结果验证了所提电机结构的合理性,电机抗退磁性能较优化前提升了10.3%。