无刷直流电动机转子涡流损耗及其对温度场影响

转子涡流损耗主要由绕组电枢磁场的空间谐波和时间谐波以及槽开口引起的气隙磁阻变化产生.表贴式永磁无刷直流电动机由于其永磁体和保护套材料具有较好的导电性能,因此会在转子内产生一定的涡流损耗,引起转子发热.采用时步有限元方法,针对一台额定功率30 kW、4极3相,额定转速8000 r/min的表贴式永磁无刷直流电动机,分别计算了空载和负载时转子永磁体及保护套内的涡流损耗.同时也对比分析了将保护套材料由不锈钢改为碳纤维后,转子内涡流损耗的变化情况,研究了保护套材料属性对损耗及温度场的影响.通过与样机温升实验的数据对比,说明该涡流损耗计算模型有一定的精度和准确度,对电机的优化设计具有指导意义,有较好的工程应用价值.     

无刷直流电动机瞬态电磁-温度耦合场分析

航空用永磁无刷直流电动机通常具有高转速、小体积、大功率密度的特点,因此该类电机的发热问题较为突出。为了对永磁无刷直流电动机温度场进行准确仿真,必须考虑电机内电磁场与热场的耦合效应。采用二维时步有限元法对一台4极3相30 kW表贴式永磁无刷直流电动机的温度场进行了分析计算。各物理场之间的耦合是通过损耗计算及材料特性随温度变化而实现的。计算结果和实测结果进行了分析比较,验证了模型的有效性。     

不同保护型式下的高速表贴式永磁转子应力与温升分析

针对高速表贴式永磁转子的不同保护型式,建立了三层配合下的表贴式永磁转子应力解析计算模型,基于该解析计算模型对钛合金护套和碳纤维护套保护下的永磁转子进行设计,并通过有限元法对解析计算模型的正确性进行验证。研究了不同护套材料、过盈量、极间填充材料、温度等因素对护套等效应力的影响规律。建立了高速表贴式永磁转子涡流损耗与温升的计算模型,研究了不同护套保护措施、不同填充材料下,永磁转子涡流损耗分布与永磁体温升特性。在此基础上,完成了一台高速表贴式永磁电机的设计与制造,并进行了实验,结果证明了该文计算分析的正确性。     

磁钢充磁方式对永磁电机转子涡流损耗研究

为研究不同的充磁方式对永磁电机转子涡流损耗的影响,以一台6极18槽高速永磁无刷直流电动机为例,分析了径向充磁和平行充磁两种永磁体结构,建立了高速永磁电机的有限元分析模型和转子涡流损耗计算模型,采用时步有限元法分析电机在不同充磁方式下的电磁场特征,进而对两种结构电机在三种不同工作条件下的转子涡流损耗进行对比分析,最后进一步对不同极槽配合下转子涡流损耗进行分析。结果表明:空载条件下,采用径向充磁方式,高速电机转子涡流损耗较小;随着负载增加,采用平行充磁的方式,电机的转子涡流损耗更小。该研究对降低永磁电机的转子涡流损耗及性能优化具有一定的参考价值。     

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。     

无刷直流屏蔽电动机的涡流损耗与性能研究

无刷直流屏蔽电动机属于特种电机,广泛用于离心泵的驱动,电机转子沉浸在输送液体中,因略去了动密封或磁力耦合装置,具有体积小,寿命长及综合效率高等优点,近年来被广泛应用并迅速发展。然而当电机运行时,屏蔽套内会存在旋转磁场,若屏蔽套为导电材料,则会产生涡流损耗。本文介绍一种155 W微型无刷直流屏蔽电动机屏蔽套损耗数值计算与二维有限元仿真过程,并对电机性能进行优化设计。     

表贴式永磁同步电机转子涡流损耗解析计算

针对谐波电流引起的转子涡流损耗在某些表贴式永磁同步电机中可能会引起很高的温升的问题,研究了一种永磁同步电机转子涡流损耗的解析计算方法,该方法考虑了转子电枢反应和电机有限长的影响.在二维直角坐标系下,建立电磁场方程,通过对电磁场方程的解析求解得到转子涡流损耗的解析表达式.通过一个端部系数来等效电机有限长的影响.针对转子涡流损耗测量困难的问题,采用了一种能准确分离出转子涡流损耗的间接测量方法.实验结果表明所提出的解析计算方法可行.     

无刷直流电动机在集成电机推进器中的应用及设计

集成电机推进器中的推进电机种类较多,无刷直流电动机由于其功率密度高、起动转矩大等优点而受到重视.5.5 kW级表面突出式和内置切向式转子结构无刷直流电动机的设计、分析以及性能比较,对于无刷直流电动机在集成电机推进器中的进一步应用具有一定的实际指导意义.     

无刷直流电动机无位置传感器闭环控制研究

为了实现无刷直流电动机(BLDCM)无位置传感器闭环控制,研究了基于逆变器直流环中点电压为参考点,利用线电压来实时计算相反电动势的转子位置辨识方法。该方法不需要建立电机中点或虚拟中性点,通过检测无刷直流电动机三相绕组与直流环中点之间的电压,经过软件实时计算,可以得到三相绕组反电动势过零点,进而可以得到每个器件对应时刻的切换点。无刷直流电动机的起动过程采用预定位-外同步-自同步三段式起动方法,可以在全压型、PWM调制模式下实现电机稳定闭环起动,并通过仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究

针对方波和正弦波两种驱动方式对永磁无刷电动机损耗及温升的影响进行了研究,其中方波驱动下对比分析了3种等效电压相同,不同PWM占空比情况下电动机损耗及温升的不同。仿真了2种驱动方式下电动机的电流,并对电流波形进行了谐波分析。采用一种精确的损耗模型对电机进行了损耗计算,并在此基础上利用解析集总参数热网络法进行了温度场分析,实验结果验证了分析结果。通过研究发现,正弦波驱动下电动机的电流为平滑的正弦波,而方波驱动下的电流中存在显著的时间谐波以及PWM型逆变器带来的载波谐波,造成方波驱动下电动机的转子涡流损耗远大于正弦波驱动的。正弦波驱动下,电机的定转子温升差异并不明显。方波驱动下,电动机的转子温升明显高于定子的,并且随着PWM占空比的降低,定转子的温升差异加剧。     

永磁同步电机转子涡流损耗计算的实验验证方法

表贴式永磁同步电机转子涡流损耗的计算受到很多学者的关注.但由于转子涡流损耗测量困难,目前还没有一种准确的实验验证方法.本文提出一种能分离出电机基本损耗、高频铜损和高频铁损的实验验证方法,对该验证方法的原理和实施方法进行了分析,并以一高速永磁同步电机的转子损耗测试为例,对永磁同步电机的高频损耗进行了测试和分析.实验结果表明,该验证方法能准确反映转子涡流损耗规律.     

表贴式高速永磁电机多场耦合转子设计

针对高速永磁电机转子设计同时受机械强度和电磁性能限制,参数选取困难的问题,基于机械强度设计、电磁设计以及转子动力学设计理论,采用有限元法,提出一套完整的基于多物理场耦合的高速永磁电机转子优化设计方法。综合考虑材料各向异性、离心力以及温度影响,分析了典型护套转子的机械强度变化规律;结合电磁性能要求,确定了最小护套厚度和永磁体厚度,并对三种护套转子的动力学特性进行分析。仿真结果表明,对于大功率高速永磁电机,比较适合采用表贴式的转子结构,而且碳纤维护套转子较其他转子具有更好的机械和转子动力学特性;通过多场耦合的设计方法得到的转子结构能够同时兼顾机械、电磁以及转子动力学特性的要求。     

金属支撑套对开槽永磁直线电动机推力的影响

为了适应高速运行并抵抗法向吸力,电磁弹射用直线永磁无刷直流电动机的永磁体动子安装了铝支撑套,但电机定子的开槽结构会在铝套内引起涡流,对动子形成阻力.解释了开槽结构引起铝套涡流的原理,给出了涡流阻力计算公式,分析了涡流阻力的性质,得到了涡流阻力与动子速度的关系,从而确定了铝支撑套对直线电动机推力的影响.最后指出,电机可以采用半闭槽结构来有效削弱这类涡流阻力.     

Rotor loss in permanent-magnet brushless AC machines

The eddy-current loss in the permanent magnets of brushless AC machines is usually neglected, since the fundamental air-gap field usually rotates in synchronism with the rotor, and time harmonics in the current waveform and space harmonics in the winding distribution are generally small. However, an important category of brushless AC machine design is emerging in which the fundamental component of the stator MMF has fewer poles than the rotor, the torque being developed by a higher order MMF harmonic. The fundamental and lower order MMF harmonics can then give rise to significant rotor eddy currents. An analytical model is developed to predict rotor-induced eddy currents in such machines, and to quantify the effectiveness of circumferentially segmenting the permanent magnets in reducing the rotor loss.     

一种混合电动汽车用无刷直流电机转子位置检测方法

提出了一种检测混合电动汽车用无刷直流电机转子位置的新方法,该方法通过检测电机的三相平均线电压获得转子位置信号,与传统的反电势过零检测法相比,提出的方法无需构建电机中性点,无需复杂的延迟电路,电路结构简单,成本低廉。理论分析和实验结果表明提出的方法在较宽的工作范围内对混合电动汽车用无刷直流电机具有良好的控制性能。     

笼型无刷双馈电机转子磁场分析

无刷双馈电机实现机电能量转换的基础在于转子磁场中不同频率的磁场与定子绕组磁场的相瓦作用,因而研究转子磁场的产生、组成和特点,对于无刷双馈电机的研究具有重要意义.考虑到无刷双馈电机独特的转子结构,分析了气隙中存在两种不同极数的定子旋转磁场时,转子感应电流所产生的磁场解析解,并据此对转子磁场波形、谐波成分等进行了研究.     

Eddy-Current Loss Minimization in Conducting Sleeves of Surface PM Machine Rotors With Fractional-Slot Concentrated Armature Windings by Optimal Axial Segmentation and Copper Cladding

When a nonmagnetic high-strength metallic retaining sleeve offers advantages over a nonmetallic (e.g., carbon fiber) one, it is possible to consider the application of a high-conductivity shield “coating” on this sleeve to reduce the surface eddy-current losses due to nonsynchronous fields. One can start by using a Maxwell's equation-based analytical model to “screen” for the optimal shield thickness and then employ a “2.5D” finite-element method that accounts for periodic fields and finite rotor length, including axial segmentation and/or copper cladding. These are quantified to help design a low-loss rotor sleeve for a surface permanent-magnet machine with fractional-slot concentrated armature winding. With this type of winding, the sleeve losses can be significant due to its rich (read parasitic) asynchronous harmonic armature reaction MMF content.      

空压机用高速永磁电机铁心和磁钢损耗的影响因素

高速电机具有电流频率高、定子铁耗和转子涡流损耗大等特点。针对额定功率10 kW、额定转速100 000 r/min空压机用高速永磁电机,对比分析了平行充磁和径向充磁、脉冲振幅调制(PAM)方波驱动和基于SiC的正弦波驱动时对损耗的影响。分析结果表明,平行充磁气隙磁密谐波小,空载定子铁心损耗比径向充磁低约40%;驱动方式对电机损耗尤其是转子损耗影响较大,正弦波驱动时转子损耗几乎可忽略,方波驱动时转子损耗占比可达总损耗的20%。针对方波驱动转子损耗大的问题,在转子表面增加一层铜屏蔽层,分析结果表明可以有效降低转子涡流损耗。对同一台带压缩机负载的高速电机对比测试了2种驱动器控制下的母线输入的有功功率,验证了驱动方式对电机损耗的影响。