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。     

背绕式有槽永磁同步电机的电磁场解析模型

以1台5 kW背绕式高速永磁同步电机为研究对象,建立其电磁场解析模型。将电磁场求解域划分为气隙子域、永磁体子域、槽口子域和槽子域,求解相应的拉普拉斯方程或泊松方程,解析模型计及电枢反应场、永磁场和定子开槽的影响。计算了该电机的气隙磁密、绕组磁链、绕组反电动势、齿槽转矩和电磁转矩,并将结果与二维有限元法计算结果和试验数据比较,比较结果说明了解析模型的准确性。最后以槽口开度为变量,研究其对气隙磁密分布和齿槽转矩的影响。     

基于精确子域模型的游标永磁电机解析磁场计算

游标永磁电机是一种基于磁场调制原理的新型电磁传动装置,适用于船舶推进、风力发电等低速大转矩的应用场合。准确计算游标永磁电机的磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。关于电机解析磁场计算,该文讨论和比较了一极一槽模型和精确子域模型。以表贴式游标永磁电机为研究对象,在气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽子域和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法直接求解。模型建立在二维     

考虑分段斜极和磁性槽楔的永磁同步电机 磁场解析方法

采用轴向分段斜极和磁性槽楔是两种减小永磁同步电机转矩脉动的有效方法。建立表贴式永磁同步电机的磁场解析模型,同时考虑永磁体分段斜极和磁性槽楔两种因素的影响。针对目前精确子域磁场解析模型无法充分考虑周期性的不足,通过引入周期性边界条件重新求解定子槽、磁性槽楔、气隙和永磁体四类子域的通解,从而提高解析模型的计算效率,节约计算资源。在磁场解析模型的基础上,求解考虑分段斜极和磁性槽楔两种因素的空载反电动势和电磁转矩。通过有限元仿真分析,验证了所提解析方法的正确性。     

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。     

双三相隔齿绕永磁同步电机容错性能分析

集中绕组中隔齿绕制形式能增大电机的绕组自感,实现绕组间的相互隔离,将该种绕组结构应用在双三相永磁同步电机可设计一种新的永磁同步容错电机。利用Ansoft Maxwell 2D分别为12槽10极和24槽22极双三相隔齿绕永磁同步电机建立仿真模型,针对不同绕组分布形式的电机进行有限元分析。研究两种极槽配合形式下不同接线方式的双三相隔齿绕永磁同步电机在静态磁场和瞬态磁场中的空载磁链波形、空载反电动势波形和绕组电感矩阵等特性,对比分析其电磁性能和容错性能,总结出更适合永磁同步容错电机的结构类型。     

基于精确子域模型的永磁直线同步电机空载磁场解析计算

准确计算永磁直线同步电机(PMLSM)磁场分布是得到电机参数及性能的前提,而建立精确的数学模型则是求解电机磁场问题的关键。鉴于PMLSM传统解析理论在齿槽效应对气隙磁场影响的求解上存在局限性,提出PMLSM精确子域模型以得到精确磁场分布。计及永磁体相对磁导率、电机槽深、所有槽与槽之间对磁场分布的相互影响,采用标量磁位分别建立PMLSM永磁体、气隙、槽子域拉普拉斯方程。根据各子域交界面边界条件,基于傅里叶级数法,列出所有边界条件方程组,并建立端部等效模型,求解得到各子域标量磁位和空载磁通密度分布,进而探讨各个齿槽、端部区域对气隙磁场空间分布的影响。有限元结果证明了所用解析方法的准确性。     

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。     

Halbach阵列磁力变速永磁无刷电机解析计算与设计

精确计算气隙磁场是分析与设计复合电机的关键,该文运用二维解析法计算Halbach阵列磁力变速永磁无刷电机气隙磁场。根据磁力变速永磁无刷电机的结构特点,分别建立磁力齿轮和永磁无刷电机两部件解析模型;求解场域主要有内中外三层气隙、内外双转子永磁体区域和内外双定子槽区域,每个子区域的求解方程通过边界连续条件建立联系。计算得到各子区域的矢量磁位磁通解析式,计算电机磁场、齿槽转矩、反电动势和电磁转矩;制作样机并搭建控制系统试验平台,进行空载和负载试验测试。解析计算波形和试验样机测试波形对比,结果一致,证明了该方法的正确性和有效性。     

分数槽永磁电机永磁体谐波涡流损耗建模与分析

准确求解分数槽永磁电机电枢磁场下的永磁体涡流损耗解析解,探究谐波涡流损耗随绕组结构的变化规律是改进绕组结构抑制涡流损耗的关键。针对此问题,该文提出四层绕组电流密度建模方法,实现对三相/双三相、双层/四层绕组结构的建模。基于现有的子域模型,将四层绕组结构的槽身区域划分为上层绕组和下层绕组区域,增加上层绕组与下层绕组交界处的边界条件,确定各子域磁场的谐波系数。通过设计瞬态电枢磁场求解程序,建立涡流损耗解析模型。以四台仅绕组结构不同的10极12槽永磁电机为例,利用有限元仿真验证了损耗模型的精确性。基于该损耗模型,探究了谐波涡流损耗随绕组相数和层数的变化规律,并使用磁动势从机理上分析该规律,为改进绕组结构抑制涡流损耗的研究方向提供一些思路。     

三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机铁心的优化设计

Halbach磁铁阵列和集中绕组的分数槽绕组应用于永磁同步电机可提高输出转矩并降低转矩波动,满足伺服系统快速性和高精确度的要求,但需要对电机铁心进行再设计。依据Halbach磁铁阵列的理论建立了每极三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机磁场的模型,并分析了气隙磁场特点,提出采用集中绕组的分数槽绕组削弱齿谐波。分析电机铁心的结构特点,确定多个关键尺寸为设计变量,以一定电流的最大转矩平均值和最小转矩波动为主要优化目标,采用Taguchi方法简化优化设计的计算,并建立了双层的优化模型。以一台8极9槽的伺服电动机为例,采用有限元计算,阐述了每极三段Halbach磁铁阵列永磁电机多变量、多目标的优化过程。     

集中绕组永磁无刷电机的转矩研究

集中绕组永磁无刷电机由于绕组结构与常规60°相带分布绕组不同,定子磁动势的谐波含量增加,定子齿、槽的影响也加大。本文采用电机磁能虚位移原理计算电机转矩,并编制了计算软件,不仅可以计算电机的平均电磁转矩,还可以得到由谐波磁场产生的谐波脉动转矩。通过实例计算,本文还比较了整数槽绕组和分数槽绕组产生谐波转矩的情况,采用分数槽绕组可以削弱谐波脉动转矩。     

半闭口槽平行充磁永磁电机全局解析法优化设计

建立了半闭口槽平行充磁表贴式永磁电机全局解析模型。求解子域分别为永磁、气隙、槽口和槽身。利用边界条件和分界条件,求解极坐标系下各子域的二维拉普拉斯方程或泊松方程。解析计算结果与二维有限元法计算结果较为一致;反电势计算波形和实验波形也较吻合。将验证正确的全局解析法和遗传算法结合,进行电机空载性能优化。结果显示电机电势波形更接近正弦、齿槽定位转矩减小,证明了模型和方法的合理有效性。     

表贴式永磁同步电机永磁体偏心气隙磁场解析

采用分区域的方法对表贴式永磁同步电机磁极偏心的气隙磁场进行推导解析。将求解区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽区域和基于分离变量法利用各区域的边界条件得出相关系数,并在计及永磁体偏心的情况下求解电机气隙磁场。解析模型能够计算电机空载和负载气隙磁场的分布。将解析模型计算结果与有限元分析结果进行对比,发现所建立的解析模型具有较高的准确度。     

永磁无刷直流电机负载磁场及其电磁转矩的计算

该文在考虑齿槽影响的前提下，建立了永磁无刷电机电枢反应磁场的解析计算模型，求出永磁电机相绕组的自感和互感。在对水磁无刷直流电机空载气隙磁场和空载相绕组反电动势求解的基础上，结合永磁无刷直流电机主电路的拓扑结构，构造出电机绕组的场路耦合模型，由此计算出电机相绕组电流变化波形。在考虑齿槽影响情况下，计算出永磁电机在任意时刻的电枢反应磁场和负载气隙磁场，进而计算出永磁无刷直流电机产生的瞬时电磁转矩，以便定量分析永磁无刷电机的电磁转短被动和绕组换相引起的转矩被动，为分析永磁无刷直流电机的工作特性和振动噪声提供了可靠的依据。     

基于子域叠加模型的表贴式永磁电机电枢反应磁场分析

准确计算表贴式永磁电机的磁场分布是进行电机设计和电机优化的关键。本文建立了表贴式永磁电机的子域叠加模型,通过解析法计算了电机的电枢反应磁场的分布,将电机槽子域分为通电槽和非通电槽,求解单槽通电下的泊松方程和拉普拉斯方程得到其电枢反应磁场,再叠加计算出三相电流下的电枢反应磁场。子域叠加模型简化了激励方式,减少了求解变量的数目,降低了求解的难度。以一台12槽表贴式永磁电机为例进行计算,并将解析法结果与有限元分析的结果进行比较,验证了本文提出方法的可行性和正确性。     

永磁游标电机的保角映射解析法建模与分析

由于永磁游标电机定子槽开口形状复杂,故采用基于保角映射的解析法模型计算的永磁游标电机的电磁性能存在计算误差大的问题。本文提出一种基于完全保角映射的永磁游标电机的解析法模型,通过完全保角映射将永磁游标电机的有槽气隙区域变换到无槽的气隙区域,并建立两者之间的函数关系。变换后的永磁电流和绕组电流在无槽气隙的磁场分布直接通过黑格方程计算得到,最终得到永磁游标电机的解析法模型。该电磁计算方法可以提高永磁游标电机的设计效率。通过一个外转子的分裂齿永磁游标电机验证了该方法。     

定子开槽表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析法

针对表贴式永磁电机定子开槽后的转子偏心空载气隙磁场解析问题,结合正则摄动理论建立其全局解析模型.将解析区域划分为永磁体、气隙和槽区域,通过各子区域之间的边界条件,求解拉普拉斯方程或泊松方程.叠加气隙磁密的零阶分量和一阶分量,得到偏心气隙磁场分布.解析解与有限元解的比较结果表明,气隙磁密、齿槽转矩和不平衡磁拉力计算准确,验证了解析模型的可靠性.所述解析方法计算快速准确,便于分析表贴式永磁电机转子偏心磁场.     

凸形不等厚磁极永磁电机建模与分析

在永磁电机设计中,转子磁极形状对永磁电机的电磁性能产生较大的影响。该文提出两种凸形不等厚磁极的永磁电机,分别为凸半圆形和凸梯形。对这两种凸形不等厚磁极的永磁电机进行建模,采用精确的子域模型方法,通过边界条件求解每个子域中的拉普拉斯方程和准泊松方程,从而得到气隙磁场的解析式,并得到空载感应电动势、电磁转矩以及齿槽转矩等电磁性能参数的解析式。与永磁用量相同的传统表贴式永磁电机相比,结果表明:两种凸形不等厚磁极的永磁电机不仅空载感应电动势基波幅值较高,谐波含量较低,而且电磁转矩较大、齿槽转矩较小。此外,还分析了两种凸形不等厚永磁结构参数对永磁电机电磁性能的影响。最后,利用有限元法对解析模型的正确性进行了验证。