基于田口法的永磁发电机气隙磁通密度优化

为了减小气隙磁场中谐波含量过高对永磁发电机性能造成的不利影响,结合Taguchi方法和时步有限元法对内置"V"型转子磁路结构的永磁电机进行优化设计。首先,以永磁电机的4个结构参数为优化变量,2种电机特性为约束条件,对采用非均匀气隙结构的永磁电机的转子结构进行多目标多变量优化,得到了最优空载下非均匀气隙磁通密度波形时的转子结构;然后通过对比优化前后的气隙磁通密度谐波含量,验证Taguchi方法优化结果的优越性和正确性;最后,运用时步有限元方法计算得到了考虑定子斜槽的电动势波形,进一步验证了该文气隙磁通密度优化的有效性。     

偏心外转子表面凸出式永磁电机等效气隙计算

偏心外转子表面凸出式永磁电机采用偏心型磁极来优化气隙磁密波形,以获得良好的电动势波形,降低齿槽转矩。但偏心气隙会带来气隙等效磁路长度计算困难等一系列问题。从偏心外转子表面凸出式永磁电机的气隙结构出发,推导出了偏心气隙各点气隙值随磁钢机械角变化的关系。以某公司所生产的6 MW,120极的外转子表面凸出式永磁电机为原型,以推导出的气隙与机械角的关系为基础,通过永磁电机磁路算法计算该电机的各项性能参数,对功率因数及空载电压的计算值、实验值及仿真计算值进行对比分析,验证了所推导的气隙与磁钢机械角度关系的正确性与有效性。为采用解析法计算永磁电机磁路打下关键的技术基础。     

新型外永磁转子横向磁通爪极电机特性仿真

为了研究具有特殊结构的新型外永磁转子横向磁通爪极电机的运行特性,在对该种电机的结构特点以及运行机理进行分析的基础上,利用有限元分析软件,建立了该种电机的三维电磁场分析仿真模型,仿真得到了该种的电机的气隙磁密波形和电机整体的磁密分布;然后分析了该种电机的空载感应电动势及齿槽转矩的波形;最后用自行开发了外永磁转子横向磁通爪极电机的磁路仿真程序,并对该种电机进行了性能仿真研究,结果表明该种新型结构的横向磁通爪极电机具有良好的运行特性,为该种电机的深入研究打下了技术基础.     

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。     

一种椭球型混合式永磁转子同步电机优化设计及特性对比分析

提出一种椭球型混合式磁路结构的永磁转子同步电机,电机的面贴式永磁体设计为弧形结构,通过机械和电磁参数计算,初步设计得到一台额定功率为3 k W的新型结构电机模型。针对该电机中弧形面贴式永磁体,进行了正弦性的几何参数优化设计;再次,采用有限元分析法分别建立了所提出电机的初步设计结构和优化设计结构的电磁模型;最后,通过对两种有限元模型进行仿真分析,得到了电机的气隙磁通密度波形和相应的分析结果,验证了所提出电机结构的优越性和优化设计的必要性。     

抑制内置式永磁同步电机纹波转矩的实用设计方法

提出了一种简单实用的抑制内置式永磁同步电机的纹波转矩的电机设计方法。基于强调气隙磁通谐波的转矩纹波解析式优化设计了V型永磁转子拓扑结构及其参数,实现转矩纹波的最小化,并通过有限元仿真验证其正确性。基于样机测试的反电势波形对实际输出转矩进行了计算预测,有限元仿真结果和实验预测结果基本吻合,说明该方法对减小纹波转矩是可行的。     

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。     

无轴承永磁薄片电机不同转子结构的对比研究

转子结构影响电机的气隙磁通密度,从而影响无轴承永磁薄片电机可控性、转矩脉动以及径向悬浮力等性能。本文从无轴承永磁薄片电机不同的永磁转子结构(表贴式、表面嵌入式、Halbach阵列以及平行充磁环形转子)出发,对其机械强度、磁场分布等进行对比分析。基于麦克斯韦张量法提出了无轴承永磁薄片电机在任意极对数下的数学模型,运用Ansoft对其计算精度进行验证分析,并对具有不同永磁转子结构的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力与悬浮力绕组电流之间的关系进行对比分析,得到不同永磁转子结构的优缺点。样机试验验证了仿真结果的正确性,研究结果对无轴承永磁薄片电机转子的参数优化设计具有参考价值。     

自起动永磁同步电机不同转子磁路结构的对比研究

转子磁路结构直接影响自起动永磁同步电机的起动和稳态运行性能,同时也影响磁钢用量及电机的成本,需要慎重选择和设计.对采用V型、U型及混合型磁路结构的6极22 kW自起动永磁同步电机进行设计,用静态有限无法分别分析了电机的空载气隙磁场,并采用时步有限元方法对三种磁路结构电机的起动过程进行仿真,对比分析了不同转子结构对自起动永磁电机性能的影响.所得结论对不同应用场合的自起动永磁电机的设计具有一定参考价值.     

异极式永磁偏置径向磁轴承的建模与实验

为了满足储能飞轮系统、卫星动量轮等对高空间利用率的需求,提出了一种异极式永磁偏置径向磁轴承的拓扑结构。通过在槽口放置平行充磁的永磁体获得紧凑的结构,同时永磁磁路和电励磁磁路耦合距离较短,有利于获取高解耦特性。该文首先采用磁力线法,分别获取考虑齿槽效应、转子偏心的永磁磁场、电励磁磁场的气隙磁通密度分布,建立了磁路模型;然后根据磁路模型求解位移刚度和电流刚度,建立磁轴承的数学模型;与有限元仿真进行对比,证明所建立的磁场模型能够准确计算气隙磁通密度分布。设计、制造一台实验样机并进行相关实验,实验结果验证了磁路模型及有限元仿真的可靠性。     

12槽10极磁通切换型永磁同步电机设计与分析

磁通切换型永磁同步电机因其定转子拓扑简单、结构紧凑、转矩密度大、故障率低等优点,能够实现电机在较宽速度范围内运行调速,适用于风力发电、混合动力汽车等领域。在深入分析磁通切换型永磁同步电机磁通切换工作原理基础上,设计了一台12槽10极磁通切换型双凸极电机,采用有限元方法计算了电机的气隙磁场、永磁磁链和反电动势、齿槽转矩以及输出转矩等电磁特性。最后通过一台3 k W样机对其转矩特性进行了实验验证,实验结果与有限元仿真结果一致,验证了上述方法的正确性。     

U型永磁凸极直线电机结构及电磁特性

在要求大推力、长行程的应用中,如垂直提升领域,永磁同步直线电机因受布置方式、安装空间等限制,在提高永磁利用率、实现更高推力密度方面就显得至关重要.该文提出一种U型永磁凸极直线电机,其次级永磁采用U型结构,能够充分利用永磁体,提高电机的空载反电动势和电磁推力.首先,通过电机结构和磁路分析,建立等效磁路模型,分析其气隙磁通密度变化规律;其次,采用有限元法与具有相同初级结构和次级永磁体用量的隐极永磁同步直线电机进行对比分析;最后,研制实验样机,完成空载反电动势和静推力的测试,样机实测与仿真结果基本一致,进而验证了所设计电机的合理性.     

混合励磁磁通切换电机等效磁路模型

混合励磁磁通切换电机（flux-switching hybrid excitationmachine,FSHM）是一种新型定子励磁型交流无刷电机,具有磁链双极性、结构简单、功率密度高、运行可靠等优点。改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了对永磁气隙磁场的有效调节与控制,而引入导磁磁桥可提升气隙磁场调节范围。以建立电枢绕组磁链最大位置的等效磁路模型为切入点,推导了峰值磁通表达式,探索了磁桥段相对磁导率的估算方法,结合有限元仿真分析了磁桥厚度变化与磁桥式FSHM初始气隙磁密、磁桥磁密、气隙磁场调节能力、磁力线路径转移等特性的关系。样机的有限元仿真及实验结果与等效磁路模型预测趋势基本一致,验证了建模方法与理论分析的正确性,可用于指导磁通切换电机的设计与性能分析。     

一种混合式弧形结构永磁转子同步电机电磁转矩特性分析

针对传统永磁电机的结构和电磁特点,提出一种新型混合式弧形结构永磁转子同步电机,采用面贴式和内置式永磁体混合磁路结构,同时面贴式永磁体设计为弧形,有效改善了气隙磁密的正弦性。为验证所提出的新型结构永磁转子同步电机的电磁转矩特性,根据电机设计流程,分别建立了传统面贴式永磁转子、传统内置式永磁转子和新型结构永磁转子的电机参数模型,同时建立3种结构电机的有限元仿真模型。通过负载状态下的仿真计算,得到3种电机在额定负载和其他不同负载状态下的转矩特性,通过对比分析,验证了所提出的新型机构电机的优越性。     

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。     

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。     

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种新型聚磁型无源转子横向磁通永磁电机。首先分析了该电机的基本结构和运行原理,借鉴永磁同步电机的成熟理论方程推导了该电机的电磁设计公式,并给出了相应的优化流程图。采用三维有限元方法分析了电机的磁场分布,给出了空载反电势、相电感及其齿槽转矩波形。该电机的气隙磁密比传统横向磁通永磁电机高,采用聚磁型结构提高了永磁体的利用率。漏磁严重使得横向磁通永磁电机的相绕组自感比较大,通过仿真分析了电枢反应对电机的影响。     

宽调速可控磁通永磁同步电机磁路设计和有限元分析

提出了一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机,是真正意义上的宽调速电机.其径向永磁体采用剩磁密度和矫顽力都很高的钕铁硼,而切向永磁体采用剩磁密度高但矫顽力却很低的铝镍钴.通过定子直轴电流矢量脉冲控制铝镍钴的磁化方向和强弱,使钕铁硼产生的磁通部分穿过气隙,部分被铝镍钴在转子内部旁路,使永磁气隙主磁通受控.给出了永磁体尺寸和磁路结构尺寸的选取原则,特别是将交轴磁路磁阻设计的较大,交轴电感较小时,弱磁效果会更好,还能减少电枢反应对永磁气隙主磁通的影响.对两种极端磁化状况下模型电机内部磁场的分布进行了有限元分析,说明所提出的设想是可行的.     

磁桥宽度对双层分段内嵌式永磁电机弱磁能力的影响

研究了双层分段内嵌永磁电机磁桥宽度对电机弱磁调速能力的影响。文中使用解析法计算了双层分段内嵌永磁电机气隙磁密,利用解析法中建立的等效磁路模型列出磁路方程,以磁桥磁阻为自变量,气隙磁密为因变量分析了不同磁桥宽度对气隙磁场分布,气隙磁密幅值和电机弱磁调速能力的影响。研究结果表明,增大第二层磁桥宽度将增大永磁转矩,但恒功率运行区间带载能力会减弱,适当增大第一层磁桥宽度电机反电势略微降,电机调速范围显著拓宽。仿真结果证明了理论的正确性。     

异步起动永磁同步电动机的设计及分析

通过采用不均匀气隙的方式设计了一台22 k W-6 P异步起动永磁同步电动机,采用串联式V型转子磁路结构。通过优化,有效地降低了电机气隙中磁密谐波的含量,气隙磁密更正弦化,使电机的磁路更加合理,有效地抑制了电机的转矩波动。有限元分析及试验结果表明,所完成的设计方案较合理,各项性能指标均满足设计要求。