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.     

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。     

考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

随着航空装备性能不断提高,对高速永磁电机的功率密度要求不断提高,电磁方案的极限设计使定子饱和效应越发明显。定子饱和会直接影响磁导谐波变化和转子涡流损耗大小。本文将子域法和等效磁路法结合进行迭代计算,提出一种考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型。利用该解析模型计算了不同气隙长度、不同槽口大小对转子涡流损耗的影响。最后以一台航空高速永磁电机的进行实验测试,将解析结果与实验结果、有限元结果进行对比,验证解析模型的正确性。     

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。     

定子槽开口对感应电机转子涡流损耗的影响

为了精确计算感应电机转子上的涡流损耗并探讨定子开槽对其产生的影响,对于额定功率为2.2 k W极对数为4的小型铸铝转子感应电机中转子涡流损耗情况进行了详细分析。通过建立不同定子槽开口的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论分析与二维有限元的计算方法,研究了电机气隙谐波磁场与定子槽开口的关系,揭示了转子中不同位置的磁密与涡电流分布情况,并对比分析了不同槽开口模型中转子铁心与导条中涡流损耗的大小关系。仿真结果表明:气隙中的谐波磁场以及转子铁心表面的涡电流密度都随着定子槽开口增大而增大;转子铁心及导条中的涡流损耗随定子槽开口的增大呈二次函数的增长趋势。     

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.     

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.     

盘式永磁涡流驱动器的电磁-温度耦合 解析模型

提出盘式永磁涡流驱动器的电磁-温度耦合解析模型,用于进行电磁场解析计算和温度场分析。首先,基于分离变量法建立三维电磁场解析模型用于计算磁场分布,推导转矩和涡流损耗表达式。然后,将涡流损耗作为热源,基于等效热网络法建立温度分析计算模型。电磁-温度耦合解析模型的计算是考虑材料电磁和温度特性随温度变化,通过温度迭代过程实现的。最后,利用该文提出的电磁-温度耦合解析模型,分析转矩、涡流损耗、永磁体和铜盘温升随负载的变化,并分析结构参数对转矩的影响。将解析模型结果与有限元和实验结果进行对比,证明解析模型的合理性和正确性。     

铜屏蔽层对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗和应力的影响分析

在永磁体和保护套之间增加高导电铜屏蔽层,能够降低非同步旋转的时间和空间谐波在高速永磁无刷直流电机转子中产生的涡流损耗。首先验证不同厚度的铜屏蔽层对降低转子涡流损耗的效果,建立包含铜屏蔽层在内的多层环形结构的转子应力计算流程,并提出一种计算铜屏蔽层内外接触面预置过盈量的方法,计算过程均考虑到预置过盈量、旋转离心力以及温升对应力的影响。在此基础上,分析铜屏蔽层厚度对转子各层部件最大应力的影响。通过有限元仿真以及样机测试,验证了分析方法的有效性。     

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。     

高速感应电机转子涡流损耗的计算方法及影响因素

结合解析法和二维涡流场有限元法,提出一种计算大型高速感应电机转子涡流损耗的半解析法,利用二维涡流场有限元法计算转子表面磁密,并在此基础上基于麦克斯韦方程组详细地推导出了解析公式。以一台兆瓦级高速感应电机为例,将半解析法与二维瞬态有限元法的计算结果进行对比,结果满足工程实践的精度要求。此外,采用半解析法研究转子材料和转子结构对转子涡流损耗的影响,结果表明:转子材料的相对磁导率越高、电导率越低,转子涡流损耗越小,端部有端环结构能降低转子的涡流损耗。     

基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究

目前高速永磁电机转子最常用的保护措施是碳纤维捆扎永磁体、永磁体外加非导磁或半导磁合金保护套,保护套的增加会给电机的散热带来严重的困难。针对以上问题,基于一台75 kW,60 000 r/min的高速永磁电机,设计了3种方案,同时基于应力场、电磁场和温度场对3种方案的转子强度、转子涡流损耗和温度分布进行了综合的比较与分析,通过一台采用非导磁合金保护套的样机进行了温升实验。实验结果表明,采用半导磁合金保护套时,会大大减小永磁体的厚度,但会产生更大的转子涡流损耗;采用非导磁合金保护套时,所需的永磁体和保护套的厚度最大;采用碳纤维保护套时,所需的保护套厚度最小,转子涡流损耗和温升分布也远远小于其他两种保护措施。     

一种永磁式感应热机的损耗及传热分析

为了能够准确快速的估算永磁式感应热机的热功率大小,针对该热机的结构特点,为其建立定子导体的涡流损耗解析模型。该解析模型基于库伦定律、洛伦兹力定律等基本电磁场理论,以热功率与转速关系为设计目标,给出设计参数与设计目标之间的明确关系,并在分析过程中考虑了趋肤效应的影响,增加其适用的转速范围。以定子涡流损耗为热源,根据热机内流体流动与传热的特点,建立了定子传热管道系统的三维流场与温度场的物理模型和数学模型,采用有限体积法准确的计算出定子传热管道系统的流场速度及温度分布。涡流损耗解析模型估算结果与有限元计算结果对比,证实该解析模型能够快速并准确的预测出低转速范围内热功率随转速变化的关系。热机的涡流损耗计算与传热分析可为其结构设计及优化提供重要参考与依据。     

永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析

逆变器供电的永磁同步电机(PMSM)中电子器件的高频开关会产生高频的电流时间谐波,进而引起永磁体涡流损耗的显著增加。给出了一种考虑电流时间谐波的永磁体涡流损耗计算的解析式,详细分析了永磁体尺寸和透入深度与涡流损耗之间的关系,并通过一个理想的3D模型进行验证。以1台逆变器供电的48槽8极PMSM为例进行涡流损耗仿真计算,结果表明:永磁体合理的分块数可以有效减少涡流损耗。     

核主泵驱动电动机屏蔽套涡流损耗混合算法研究

针对大型核主泵驱动用双屏蔽感应电动机定转子屏蔽套涡流损耗计算复杂的问题,提出了一种混合算法,该算法将二维有限元法与解析法相结合解决了屏蔽套涡流损耗计算过程中计算精度与计算速度的矛盾。以有限元二维磁场数值分析为基础,结合麦克斯韦方程组,推导了定转子屏蔽套涡流损耗二维解析模型。以一台兆瓦级核主泵驱动用双屏蔽感应电动机为例,对电动机定转子屏蔽套涡流损耗进行了详细的分析计算,并将计算结果与瞬态磁场分析有限元法的计算进行了对比分析,验证了混合算法的正确性。     

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。     

考虑隔磁桥饱和的切向式永磁电机电枢磁场解析建模

为解决多层绕组结构的切向式永磁电机磁场准确计算的难题,文中基于二维子域解析建模思想提出一种考虑定子多层绕组结构和转子隔磁桥饱和效应的电枢磁密解析计算方法。该方法首先在定子槽内进行精细子域划分,以建立多层电枢绕组的矢量磁位方程,然后通过等效气隙对切向式转子铁芯隔磁桥处的饱和效应进行等效,最后结合误差校验和循环迭代,有效解决传统子域建模方法因无法考虑铁芯有限磁导率而难以对内置式永磁电机进行磁场计算的问题。文中以8极9槽和10极12槽永磁电机为例,结合不同绕组结构建立有限元解析模型,并将有限元法计算结果与解析法计算结果进行对比,验证了该方法的计算准确性和运算快速性。     

永磁轮毂电机磁场解析建模

利用谐波建模法提出一种可以在永磁电机研究中考虑导磁材料磁导率为有限值的永磁轮毂电机解析模型,分析了电机的电磁性能。在二维极坐标系下,将电机划分为永磁体、气隙、定子齿/槽、定子齿尖/槽开口四个求解域。在各求解域建立泊松方程和拉普拉斯方程,并联立边界条件求得通解中的谐波系数,从而得出各求解域矢量磁位解析表达式。计算了电机气隙磁感应强度、空载反电动势、输出转矩,通过有限元计算和样机实验验证了解析模型的正确性,并利用该模型研究了极弧系数和槽开口宽度对输出转矩的影响规律。     

V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场解析计算

针对V型内置式永磁电机气隙磁场解析计算问题，提出一种新的V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的解析计算模型。在二维精确子域方法基础上，提出5条等效关键准则，用等效解析永磁体电机模型代替初始的V型永磁体电机模型。等效解析模型划分为定子槽、定子槽槽口、气隙、扇形和环形5个求解域。在定子槽、定子槽槽口和气隙区域建立拉普拉斯方程，在扇形和环形区域建立泊松方程。用分离变量法求解各区域的矢量磁位表达式，根据各个求解域的边界条件和交界条件求出矢量磁位表达式中的谐波系数。对等效解析模型计算结果与V型内置式永磁同步电机的有限元法仿真结果进行比较，误差仅为0.97%,验证了等效准则建立的解析计算模型计算V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的有效性。