分数槽集中绕组无铁心永磁直线同步电机推力分析

为实现应用于步进扫描投影光刻机中长行程直线电机的高推力密度、低推力波动等要求,研究叠放和非叠放两种分数槽集中绕组的无铁心永磁直线同步电机推力特性,在建立空载气隙磁场分析模型的基础上,推导叠放和非叠放两种绕组形式的电机空载感应电动势、电磁推力和推力密度的解析式,分析永磁体和初级绕组的结构尺寸对电磁推力的影响规律。通过实例分析,比较推力的解析法计算结果、有限元法仿真结果和实验测试值,证明解析法的合理性。同时,分析比较不同极槽比组合的叠放和非叠放分数槽集中绕组的电机电磁推力和推力密度的大小。结果表明:少极多槽极槽比的叠放分数槽集中绕组形式电机产生的电磁推力与推力密度更大。     

永磁直线同步电机空载反电动势和推力的解析计算

针对目前永磁直线同步电机(PMLSM)磁场解析模型的复杂性,为了提高解析模型的计算效率,采用改进的二维气隙相对磁导函数,以计算考虑齿槽效应时电机的空载反电动势和推力.首先建立无槽PMLSM解析模型,提出改进的二维气隙相对磁导函数以解决切向气隙相对磁导分布,根据有槽PMLSM解析模型计算出电机开槽时的气隙磁通密度法向和切向分布.基于磁场解析模型得到不同极槽配合下电机的空载反电动势和推力,探讨极槽配合、不同槽宽及绕组分布对电磁参数的影响,并用有限元法证明了解析法的正确性.该文提出的方法在保证准确度的前提下,适用于整数槽、分数槽绕组PMLSM的电磁参数计算,具有求解方法简便、计算量小、通用性好的特点,有利于电机的快速电磁设计和性能优化.     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。     

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。     

表面埋入式永磁电机磁场解析

准确计算永磁电机的气隙磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。该文在二维极坐标平面内建立表面埋入式永磁电机的精确子域解析模型,求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和转子槽子域,根据分离变量法求解各子域的矢量磁位通解,并利用各子域之间的边界条件得出相关谐波系数。模型考虑了普通/交替极转子结构,永磁体径向/平行充磁方式,隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。以一台40极48槽交替极转子结构永磁电机为例,将气隙磁密波形的解析计算结果与二维有限元结果相比较,验证了解析模型的准确性。     

分数槽集中绕组永磁电动机的槽极选择与径向力分析

介绍了分数槽集中绕组永磁交流电动机槽极选择的主要依据。简要介绍了永磁电机径向力波分析的理论,重点分析了分数槽集中绕组永磁交流电动机的主要谐波类型。利用有限元分析方法计算了10极分数槽集中绕组永磁交流电动机的谐波磁场,进行了径向力波分析。综合对比不同槽数下电动机的绕组系数、低阶力波含量和齿槽转矩,选择出合适的槽极配合。     

分数槽集中绕组永磁同步电机的电感计算

在少槽多极的分数槽集中绕组永磁同步电机中,存在幅值较大的次谐波和与基波绕组系数相同的高次谐波,特别是存在与基波绕组系数相同、转向相反、幅值很大、极对数与基波相差仅几对极的谐波。使得电机的电枢反应谐波磁场很强,与之相对应的谐波漏抗很大,电机的总漏电感很大,其基波励磁电感与传统短距分布绕组电机相比小很多。一般情况下,漏电感都比励磁电感还大。在对电机磁路进行理想假定的条件下,针对不同槽极数组合的单元电机,推导出该类电机电感参数的计算公式。其中,电枢反应基波励磁电感计算公式与传统的交流绕组相同,而电枢反应总电感和谐波漏电感计算不同于传统的交流绕组。     

新型磁场调制式永磁直线电动机电磁参数分析

为使电机在不增加体积和电枢绕组极对数前提下低速运行,提出一种新型磁场调制式永磁直线电机(LPMVM)。用气隙比磁导波分析电枢开槽后气隙基波、谐波磁场,推导电机结构条件、速度大小、空载反电势及稳态推力参数关系式。用有限元法得到电机磁场分布,对比分析了基波、谐波磁场,给出了空载反电势、稳态推力曲线。结果分析表明电磁参数与基波、谐波磁场有关,电机可在工频下低速大推力稳定运行,推力波动小,可用于低速直驱系统中。     

磁导调制式永磁直线伺服电机的设计

为了削弱永磁直线伺服电机端部效应引起的推力波动,本文提出了基于磁导调制的永磁直线伺服电机设计方法。电机的初级采用开口槽,利用齿槽磁导与端部磁导相调制,使总磁导波均匀分布在奇数个永磁体磁极内。将磁导调制方法与分数槽绕组理论有机结合应用于永磁直线伺服电机的设计中,电机的初级绕组采用单齿集中成型线圈,具有短距与分布效应,且有工艺性好、绕组端部短、推力密度高的特点,有效地削弱了永磁直线伺服电机端部效应引起的推力波动。文中给出了磁导调制式永磁直线伺服电机设计方法的一般规则,并给出了一个每相2绕组的直线电机算例,样机的分析计算验证了所述方法的正确性。     

双三相永磁同步电机电磁性能解析计算

采用傅里叶级数法计算表贴式双三相永磁同步电机的电磁性能。解析模型建立在二维极坐标下,求解区域划分为槽、槽开口、气隙和永磁体四类子域。以矢量磁位为求解变量,在槽开口和气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法求解偏微分方程,并利用各子域之间的边界条件得到谐波系数。解析模型考虑了径向/平行/Halbach等多种充磁方式,内/外永磁转子结构,适用于隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可用于计算电机空载磁场、电枢反应磁场和负载磁场。在解析模型的基础上,求解了齿槽转矩以及两种分数槽集中绕组连接方式下的空载反电动势和电磁转矩。与有限元结果相比较,表明了解析方法的准确性。