磁通反向永磁电机低谐波设计及其电磁性能分析

磁通反向永磁电机永磁体和绕组均位于电机定子,具有转子结构简单、机械强度高和便于冷却等优势。它通常采用分数槽非重叠集中绕组,电枢反应磁场中往往含有大量谐波,进而导致电枢电流利用率低、铁心损耗高及振动与噪声等问题。提出一种低谐波磁通反向永磁电机,基于磁场调制原理对电机气隙磁密谐波进行分析,提出合理的绕组配置方案,实现电枢磁场无效谐波的抵消。基于有限元分析,对电机低谐波设计前后的电磁性能进行了对比分析。结果表明,该低谐波设计方案可以明显降低电机齿槽转矩、铁心损耗和永磁体涡流损耗,有效改善了电机性能。     

聚磁式场调制永磁风力发电机工作原理与静态特性

提出一种新型聚磁式场调制永磁(Flux-Concentrating Field-Modulated Permanent-Magnet,FCFMPM)电机,该电机外转子采用聚磁式永磁体结构改善气隙磁通密度,定子采用开口槽结构提高空间利用率.基于磁齿轮效应,定子齿对转子永磁磁场进行调制,产生极对数少、运行速度快的谐波磁场,由该谐波磁场作为有效励磁的FCFMPM电机具有低速、大转矩密度的特点.在深入分析电机工作原理的基础上,运用二维有限元方法计算了其静态特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、电感、定位力矩和电磁转矩等.研制了一台5kW实验样机,并与商业化小型永磁直驱风力发电机做比较.仿真和实验结果表明,所提电机具有转矩密度大、定位力矩小、外特性硬等特点,特别适用于如风力发电等低速、直驱系统.     

混合励磁交替极永磁电机多谐波调磁技术研究EI北大核心CSCD

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet vernier machine,HE-CPPMVM)。该电机的转子采用CPPM结构,定子齿上同时绕有集中电枢绕组和直流励磁绕组。无励磁电流时,旋转的永磁场经定子齿的调制后与电枢反应谐波相互作用实现机电能量转换;施加励磁电流时,定子励磁绕组通电后可产生静止励磁磁场,经CPPM转子凸极铁芯调制后与电枢反应谐波相互作用可灵活调节电机磁场。该文介绍该电机的结构特征,建立交替极永磁场、励磁磁场和定转子磁导模型,阐述工作谐波特性,揭示其多谐波工作调磁原理。加工原理样机并进行测试,验证调磁原理的有效性。     

永磁直驱风力发电机不同极槽配比的磁场研究

永磁同步发电机运行时,永磁体和电枢铁心相互作用会产生齿槽转矩,引起转矩波动和噪声.应用Ansys设计分析软件中的有限元模块和磁路等效模块,研究了分数槽绕组外转子永磁直驱风力发电机在不同极槽配比情况下的齿槽转矩、磁场分布、气隙磁密谐波含量和电机效率的变化规律;对比分析了整数槽电机在直槽和斜槽2种设计方案下的电压及畸变率.仿真结果表明,分数槽和斜槽结构均能有效削弱电机的齿槽转矩,消除高次谐波电压,且整数斜槽结构的电机削弱齿槽转矩的效果更好一些.     

基于气隙磁场调制理论的永磁同步电机磁场分析与特性对比

从气隙谐波磁场的角度对具有相同尺寸参数的12槽4极整数槽分布绕组与6槽4极分数槽集中绕组永磁同步电机进行了综合对比。基于气隙磁场调制理论,建立了分布绕组与集中绕组永磁同步电机的气隙永磁磁场和电枢反应磁场模型,分析了分布绕组与集中绕组永磁同步电机气隙磁场特性,并通过有限元进行验证。基于气隙磁场特性,通过有限元分析了两种电机的齿槽转矩、空载反电动势、输出转矩及其随电流的变化、永磁体损耗及其随转子速度的变化。基于气隙谐波磁场总结了分布绕组与集中绕组永磁同步电机的优缺点。     

五相容错式磁通切换永磁电机的气隙磁场调制运行机理分析

从气隙磁场调制的角度分析五相容错式磁通切换永磁(fault-tolerant flux-switching permanent-magnet,FT-FSPM)电机的运行机理。对10/18极、10/19极FT-FSPM电机永磁体和电枢电流单独作用下的气隙磁密进行解析计算,并运用有限元对其进行验证。磁场分别由永磁体和电枢绕组产生,当两者产生的气隙磁密的谐波次数以及旋转速度相等时,这些谐波才能称为有效工作波。在此基础上,用气隙磁场调制理论分析各次有效工作波产生的转矩占总平均转矩的比例。研究表明,五相FT-FSPM电机由一些工作波产生电磁转矩,这些工作波产生的转矩占总平均转矩的比例大于97%。实验验证解析计算和有限元仿真的合理性。     

模块化多单元磁通切换电机设计与特性分析

该文提出一种具有高转矩密度、低转矩脉动的新型模块化多单元磁通切换(modularelementaryfluxswitching permanentmagnet,ME-FSPM)电机结构，研究槽极配合对电磁特性的影响。基于气隙磁场调制原理，从永磁磁场调制的角度阐明ME-FSPM电机气隙磁导调制系数对永磁磁密调制谐波影响规律。由于轴向模块配合与集成环形绕组拓扑，ME-FSPM电机不同槽极配合下具有高绕组因数特征，进而针对性的定义气隙磁导调制系数是决定永磁磁链基波幅值的关键参数。依据气隙磁导调制系数模型，揭示电负荷恒定下转子极数与电磁转矩变化规律。基于气隙磁密分布规律，分析模块配合下齿槽转矩抑制原理，依据槽极配合选择实现齿槽转矩基波抵消以及输出转矩提升，提出ME-FSPM电机槽极配合选择方法。最后，在6槽ME-FSPM电机结构下，选择6槽/7极和6槽/8极结构具有良好的转矩特性，并通过仿真与实验验证理论方法的合理性与有效性。     

永磁同步发电机不同转子结构的对比分析

永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率因数和效率较高等众多优点,在众多领域有着广阔的应用前景。在其三种转子结构中,内嵌式永磁同步发电机的优越性更为突出。现利用Ansoft有限元分析软件对内嵌式永磁同步发电机转子永磁体分别采用双"一"型和双"U"型结构进行了研究,对比分析了两种电机的磁力线分布、磁场云图分布、气隙磁密、绕组磁链、电枢绕组输出电压和电磁转矩。结果表明,双"U"型永磁同步发电机的转子饱和程度低,基波气隙磁密含量较高,无用谐波含量较低,永磁体的利用率相对较高,成本较低,电机性能较优。     

齿谐波绕组电流对电枢绕组空载电压波形的影响

为了利用电机中固有的齿谐波磁场实现永磁电机气隙磁场的调节,需要处理好齿谐波磁场的利用与电枢绕组电压波形畸变两者之间的关系。基于磁导分析法定性分析了转子齿谐波绕组电流产生的机理,及其产生的齿谐波磁场在电枢绕组中感应的齿谐波电动势特点。相邻磁极下的齿谐波绕组采用正向串联的方法,可以解决电枢绕组和齿谐波绕组之间的磁场耦合问题,从而消除由转子齿谐波绕组电流产生的齿谐波磁场在定子电枢绕组中感应的齿谐波电动势。针对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了计算和实验,通过对比计算结果和实验结果验证了理论分析的正确性。     

分段式Halbach阵列永磁同步电机非理想气隙磁场建模分析

Halbach阵列是一种特殊的永磁体充磁方式,可以提供理想的气隙磁密,且转子无需采用铁磁材料。由于定子开槽,永磁同步电机定转子气隙不均,气隙磁密谐波增加,产生齿槽转矩。本文利用子域模型法建立了分段式Halbach阵列永磁同步电机空载磁场解析模型。其解析模型计算结果与有限元结果相比,两者气隙磁密波形吻合较好。该解析模型为进一步研究电枢反应、齿槽转矩等性能奠定了基础。     

基于DSP的盘式无铁心永磁同步电动机调速系统

高磁能积永磁体的出现使盘式永磁电机的定、转子可以设计成无铁心结构,减少了在同等输出功率和轴转矩条件下电机的重量,避免了铁心损耗且减少了转矩脉动。结合这些特性,设计了基于DSP的盘式无铁心永磁电机调速驱动系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心,EXB841作为功率驱动单元,整个系统结构紧凑,集成度好。采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,有效抑制了电流谐波分量和转矩脉动。实验表明,系统稳态转速平稳且无静差;超调量小;能够获得最大启动转矩,响应快,转速上升时间仅为30ms,具有令人满意的调速性能。     

Electromagnetic Design and Analysis of a Novel Axial-Transverse Flux Permanent Magnet Synchronous Machine

This paper analyzes a novel hybrid axial-transverse flux permanent magnet (PM) synchronous motor achieving high torque density. The stator pole pitch and the rotor pole pitch are the same. The motor is suitable for vehicle traction systems. The new axial-transverse machine has a single-sided or double-sided air gap. The machine has two adjacent quasi-U stator cores with ring-type winding, and the rotor has two PM groups, one outer and one inner. The shape of quasi-U stator core allows changing the flux path without changing power supply polarity. The analytical expressions of the no-load back-EMF and the torque are derived, after the development of 3-D magnetic equivalent circuit (MEC) model. The 3-D finite element method (FEM) is used to analyze the magnetic field, torque, and cogging torque for different skewings of the PMs.     

搅拌机高效永磁同步电机的设计与分析

永磁同步电机（PMSMs）具有高效、高转矩密度、高功率因数等优点,应用于发电厂辅机系统节能效果显著,具有很好的应用前景好。搅拌机是辅机系统的重要部件,本文基于Easimotor软件的磁路法,为搅拌机设计了一字形、V形、U形与W形转子结构的四种嵌入式PMSMs。在保持定子不变的条件下,比较了四种PMSMs的效率、功率因数与永磁体用量,表明U形转子性能更具有优势,而且永磁体用量少。基于有限元建立了其2D仿真模型,仿真分析空载时的磁场分布与齿槽转矩、额定负载时的磁场分布、平均电磁转矩与转矩脉动,为搅拌机高效永磁同步电机的设计提供参考。     

同步发电机励磁绕组匝间短路时的电磁转矩

同步发电机的励磁绕组匝间短路故障会引起机械振动,而研究故障时的电磁转矩是分析机械振动特性的基础。文中首先基于多回路数学模型计算了短路故障后的电磁转矩,计算中全面考虑了定、转子绕组产生的各种次数、转速、转向的空间磁场之间的相互作用;对一台12kW、3对极隐极同步发电机样机进行了仿真计算及实验的比对验证;从分析故障后定、转...     

新型定子永磁式容错电机的工作原理和性能分析

为满足电机驱动系统在多种高可靠性领域的应用,提出一种新型的定子永磁式容错电机结构--双凸极容错(doubly salient fault tolerant,DSFT)电机。DSFT电机在结构上集中了开关磁阻电机和转子永磁式容错电机的特点,具有结构简单、可靠性高、功率密度高等优点。以一台四相8/10极DSFT电机为例,分析其结构特点、容错齿作用和运行原理。在此基础上,研究DSFT电机在正常和短路时的磁场特性,计算磁链、自感、互感等电磁特性,从理论上分析DSFT电机的容错性能。运用电路、磁路瞬态联合仿真的方法,建立DSFT电机驱动系统的场路耦合分析模型,分别对电机在正常和缺相运行状态下的转矩输出性能进行计算分析。研究结果表明,DSFT电机相与相间的独立性好,具有较强的带故障运行能力,适用于一些工作环境恶劣且要求高可靠性、高能量密度的场合。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 k W样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。     

新能源汽车用永磁辅助同步磁阻电机噪声及续航优化研究

永磁辅助同步磁阻电机具有高转矩/功率密度、高效率区间、高转速、低反电动势、低成本等优势,在新能源领域特别是乘用车驱动系统中得到越来越广泛的应用。但该类电机凸极率大、波形畸变大、转矩脉动大,易导致电机振动噪声及效率低下,进而导致整车振动噪声及续航不足等问题。通过增加转子隔磁孔,改变磁路走向的方式,降低了电机全转速段转矩脉动和对应负载气隙感应电动势波形总谐波畸变(THD)。对电机优化前后径向电磁力及谐响应进行仿真对比分析,并通过试验验证了该优化方法的有效性。     

High torque induction motor with rotating magnets in the rotor

This paper describes a new type high torque induction motor which has the rotating magnets in the rotor. The motor basically consists of a usual stator, cylindrical rotor, and inner cylinder of which the surface is covered by a set of magnets. The rotor turns at somewhat less than synchronous speed. The inner cylinder with magnets can revolve freely against a rotor shaft. The magnets revolve synchronized by the rotating magnetic field induced by the stator current. The magnets make the flux in the rotor. Then we can expect torque increase by the increase of the flux. The results of magnetic field analysis indicate the flux is increased. In the experimental results of a test motor which is a 400 W prototype machine, we have obtained the torque increase by approximately 20 percent as anticipated in the magnetic field analysis. Moreover, test results show improvements of efficiency and power factor in the motor operations. The efficiency of the test motor is obtained as high as 10 percent at the rated output over those of a same size conventional induction motor. Although power factor of conventional induction motors is lagging at all times, the test motor can be operated with near unity, leading or lagging by adjusting the ac supplied source voltage.     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

内置式永磁电机齿槽转矩的分析研究

内置式永磁电机因其高转矩及能量密度,在许多高性能装置中得到广泛应用.但永磁电机结构的特殊性,转子永磁体和定子齿槽之间相互作用产生的齿槽转矩会引起振动和噪声,同时齿槽转矩会降低速度和位置控制系统的低速时的性能.研究了一种内置式结构永磁电机的齿槽转矩,其转子磁极永磁体分段.根据分析可知,在相同的等级及尺寸条件下,永磁体分段的内置式永磁电机(SIPMM)比传统非分段内置式永磁电机(IPMM)的齿槽转矩低得多,然后利用有限元软件Maxwell 2D计算分析比较了SIPMM与IPMM的齿槽转矩.此外,还分析了两种不同转子结构的内置式永磁电机的齿槽转矩情况.