高速永磁电机的转子涡流损耗分析

在高速永磁电机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁.针对高速永磁电机中的转子涡流损耗问题,进行了解析分析和有限元计算,分析了产生转子涡流损耗的谐波来源,研究了不同定转子结构电机的转子涡流损耗,分析了定子槽数、槽口宽度、气隙长度、屏蔽层、定子齿开辅助槽对转子涡流损耗的影响.结果表明,增加定子槽数、减小槽口宽度、增加气隙长度可以减小转子涡流损耗;在护套和永磁体中间加一层高电导率屏蔽层能有效减小永磁体的涡流,且选择合适的屏蔽层厚度能够进一步减小转子涡流损耗;提出了使用合适宽度、深度、角度和槽型的辅助槽来减小转子涡流损耗、帮助电机散热的新方法.对高速永磁电机的研制具有重要的理论研究和工程应用价值.     

不同层数集中绕组永磁电机转子损耗研究

由于转子散热条件差,过高的转子损耗会导致永磁体的不可逆热退磁,基于电磁场有限元分析软件Maxwell研究了不同层数36槽42极表贴式分数槽集中绕组永磁电机在最佳电流控制条件下的转子损耗,并且研究了最高转速为6000 r/min时永磁体圆周分段和转子dq轴开槽对转子损耗的影响。研究发现,随着绕组层数的增加,电机的转子损耗降低,但是电机的出力减小;并且永磁体圆周分段较转子dq轴开槽更有利于降低转子的损耗。     

飞轮储能用高速永磁同步电机损耗分析与优化

飞轮储能由于效率高、无污染等优点得到了广泛应用。作为核心部件,高速永磁同步电机的损耗直接制约着电机转速,进而影响飞轮储能系统的性能。文章给出电机铁耗和永磁体涡流损耗的计算公式,分析两种损耗的影响因素。根据损耗分析给出电机的拓扑结构,介绍电机的绕组形式、极槽配比和转子结构。提出一种新型磁障设置方法,在定子轭部设置空气磁障,引入径向分段和Halbach充磁方式,给出三种新型电机拓扑。有限元仿真结果表明,磁障的设置显著降低了铁耗,但也使得永磁体涡流损耗上升。径向分段和Halbach均能大幅度降低永磁体涡流损耗,将径向分段与磁障相结合是降低损耗的有效方法。减少槽口宽度能降低永磁体涡流损耗,但其取值要综合考虑损耗与加工难度。     

表贴式永磁发电机永磁体涡流损耗研究

永磁体涡流损耗是保证永磁同步发电机温升限度和永磁体性能的重要指标。通过设计一台表贴式外转子永磁同步发电机,利用有限元法研究了极槽配合、气隙长度、槽口宽度和极弧系数对发电机空载和负载时永磁体涡流损耗的影响,特别分析了定子电流谐波含量对永磁体涡流损耗的影响,对减小永磁体涡流损耗有一定的工程指导意义。     

小型飞轮储能系统高温超导磁悬浮轴承

介绍了采用氧化物超导体钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材作为定子构件、钕铁硼永磁体作为转子构件的立式全超导磁悬浮轴承初步研究结果。其中,转子系统由转轴、永磁体和飞轮共同组成,在三相调频感应电机驱动下,转子系统最高试验转速可达15 000r/min。初步测试结果 (0~200Hz)显示,在转动频率f0接近25Hz系统发生共振,共振时转子最大径向摆动约为±170?m。在35~200Hz范围内转子运行状态稳定,最大径向摆动约为±50?m。实验结果显示,超导磁悬浮轴承转动损耗主要来自磁滞损耗和涡流损耗,而磁场分布不均匀性与超导定子材料的磁通蠕动可能是导致转动损耗的主要原因。     

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有：减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。     

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.     

永磁体涡流损耗的分析

表面式永磁电机永磁体直接与气隙接触,变频供电时产生的较大含量谐波将在永磁体内产生一定的涡流损耗,且由于转子散热较差,将导致永磁体温升较高,容易造成永磁体发生不可逆去磁风险。因此对永磁体涡流损耗的研究有其必要性与重要性。文中针对影响永磁体涡流损耗较大的气隙长度、定子槽口宽度、气隙长度与槽口宽度的配合、永磁体削角等进行分析,通过合理选择电机结构尺寸来降低永磁体涡流损耗,并利用三维有限元法与解析法验证计算规律的正确性。     

一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的解析计算方法

针对3D有限元软件计算永磁电机永磁体涡流损耗耗时长,永磁体涡流损耗精确解析模型复杂,参数变量间对应关系不明晰等问题,采用槽口位置的局部解析建模方法,重新建立坐标系,研究与槽口位置对应的永磁体内磁密变化规律,并对磁密波形进行简化分析,提出一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的简化解析计算模型,该方法可直观反映出永磁体涡流损耗的主要影响因素,且计算耗时短。利用3D有限元和实验结果对该简化解析模型计算结果进行验证。基于该简化解析模型分析得出影响槽口位置永磁体磁密变化的主要因素为槽口宽度与等效气隙长度之比和槽口宽度与定子齿距之比,进而研究了主要影响因素对气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的影响规律,并提出相应的参数优化方法。结果显示,优化后样机永磁体涡流损耗降低了90. 2%,损耗抑制效果十分明显。     

基于齿槽效应的高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

针对齿槽效应引起的高速永磁电机转子涡流损耗,提出精确解析计算模型。该解析计算模型考虑包括槽和槽口在内的五个子域,通过在各个子域中建立、求解磁矢位方程以及借助子域间的边界条件对模型进行推导,同时考虑保护套和永磁体产生的涡流反应。基于建立的解析模型,能够计算出转子各部分的涡流损耗,并能够通过解析模型获得槽开口宽度、保护套材料和保护套厚度与转子涡流损耗之间的影响规律。将解析模型的计算结果与有限元结果进行对比,并进行实验测试,验证了转子涡流损耗解析模型的正确性。     

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。     

永磁同步电机转子涡流损耗优化及温升分析

为解决永磁同步电机转子涡流损耗引起的转子温度高、永磁钢退磁等问题,建立转子涡流损耗解析表达式,分析影响参数,并以3相8极36槽V型IPMSM为例,研究定子槽口宽度、气隙长度、转子偏心距、定子斜槽角度等参数对转子涡流损耗的影响规律,完成最优参数匹配。研究结果表明,优化后的转子结构能够有效削弱电机主气隙磁密的高次谐波,从而减少涡流损耗、降低转子温度,提高电机输出性能。     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

永磁伺服电机转子偏心对电机性能的影响研究

针对永磁伺服电机转子偏心对电机综合性能的影响,以一台14 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,建立了电机二维电磁场数学模型,给出了求解域以及相应的边界条件;采用有限元计算方法,计算分析了永磁电机转子偏心对气隙磁场的影响,给出了转子偏心影响气隙内谐波磁场的变化规律,并与部分实测数据进行了对比。在气隙谐波磁场分析的基础上,定量分析了气隙谐波磁场的变化对电机输出转矩和电机转子表面涡流电密的影响,给出了静态偏心、动态偏心以及不同偏心程度情况下电机输出转矩、电机转子涡流损耗的变化规律,并进一步揭示了涡流损耗变化的机理,为深入研究永磁电机偏心对电机性能的影响提供了理论基础。     

转子有辅助槽的表贴式永磁电机解析法建模与优化

通过在表贴式永磁电机的的转子上开辅助槽,可间接改善电机的齿槽转矩脉动状况。但目前相关文献大都基于有限元法,需要反复修改模型参数,且尚未得出明确的槽型优化方法。本文选取磁场中的标量磁位为求解变量,在电机的气隙区域、永磁体区域分别建立拉普拉斯和准泊松方程。对于不规则的永磁体形状,采用分块累加方法,提出了一种转子含有半圆形辅助槽的表贴式永磁电机解析模型。之后,推导了齿槽转矩峰值与槽型尺寸的解析关系,对辅助槽型尺寸进行优化分析,可获得齿槽转矩脉动的极小值。最后,利用有限元法对所提出的解析模型进行了验证。     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

定子槽数和气隙长度对高速永磁无刷电动机性能的影响

介绍了高速永磁电机设计的总体流程,并提出高速电机设计中的几个关键问题,分析了不同气隙长度和定子槽数对电机性能的影响.结果表明,在一定范围内,气隙越大,转子损耗及转矩脉动越小,定子槽数越多,转子总体损耗越小.     

基于响应面法的定子永磁型轴向磁通切换电机齿槽转矩优化设计

针对聚磁反应造成定子永磁型轴向磁通切换电机(SPAFFSPM)的齿槽转矩偏大、噪声大等问题。以减小定子永磁型轴向磁通切换型电机的齿槽转矩,提高电机的输出性能为目标,利用能量摄动法推导出电机的齿槽转矩解析表达式,分析影响齿槽转矩的定转子结构参数。基于响应面法与有限元法构造出定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数与齿槽转矩之间的响应面数学模型,推导出使齿槽转矩最小的定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数最优组合。最后建立优化前后电机三维有限元分析模型,搭建样机的实验平台,验证优化方法的合理性及准确性。结果表明,优化后的电机齿槽转矩减小约82.5%,且电机的输出性能得到明显提高。