轴向磁通电机中Halbach阵列永磁体的解析优化方法

为了进一步增大采用软磁复合材料铁心的轴向磁通永磁电机的电磁转矩,针对其不等宽的两段式Halbach阵列永磁体进行解析优化,利用无槽2D等效模型和有槽气隙相对磁导率解析了气隙磁场和电磁性能;进而基于电磁转矩的导数和复化求积公式推导了使电磁转矩最大化的Halbach阵列最优轴向充磁系数的表达式;采用轴向磁通永磁电机的3D有限元方法分析验证了气隙磁场、反电动势、电磁转矩以及Halbach阵列最优轴向充磁系数的解析解的准确性。Halbach阵列解析优化的结果表明:当轴向充磁系数为0.82时,轴向磁通永磁电机的电磁转矩达到最大;最优轴向充磁系数取决于极对数、永磁体厚度、电机径向尺寸和气隙宽度等;当极对数为5时,最优轴向充磁系数会随着永磁体厚度的增加而减小,而电机径向尺寸的增加会导致最优轴向充磁系数的增大;气隙宽度对最优轴向充磁系数的影响较小,基本可以忽略。     

基于Halbach阵列的永磁直线电机的有限元分析

本文介绍了永磁体的一种新型排列方式—Halbach阵列。将此阵列引入到永磁直线电机的设计中,利用有限元分析软件ANSYS进行了建模和仿真,绘制了磁场分布曲线,电磁力分布曲线以及气隙分布密度曲线等。     

磁共振用Halbach永磁阵列的仿真分析

阐述了Halbach永磁阵列的原理及所产生的静磁场的特点,利用Maxwell仿真软件对一种可用于核磁共振小型化的圆柱型Halbach阵列进行了静磁场仿真分析——首先对理想情况下圆柱型Halbach阵列在不同离散磁块数、磁性材料和磁块尺寸时所产生的磁感应强度进行了对比,然后将充磁方向和磁块性能存在误差的非理想情况与理想情况下的Halbach阵列产生的静磁场进行了对比,最后将Halbach阵列与H型常规永磁体进行了对比.结果表明:组成Halbach阵列的磁块数目、磁性材料的性能和磁块尺寸是影响磁感应强度的主要因素;磁块选材、充磁等加工工艺对Halbach阵列的磁场均匀性有很重要的影响;相比于常规永磁体,Halbach阵列在用料和产生的磁场强度方面具有一定的优势.     

新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG设计与分析

为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永磁阵列辅助磁极极角和充磁夹角进行了多目标优化设计,从而确定了最佳辅助磁极参数.最后对比了无铁芯AFPMG中采用不同磁极结构对发电机电压波形质量和功率密度的影响.结果表明：新型永磁发电机可以使发电机电压正弦波畸变率由2.40%下降为0.44%;相较传统两段Halbach和传统三段Halbach永磁阵列的无铁芯AFPMG,新型永磁发电机功率密度得到显著提高;新型永磁发电机的永磁体用量减少了16.68%,进而减轻了转子盘质量,使发电机更加适于低风速下稳定发电.     

永磁电机气隙磁场的解析分析

提出了一种永磁电机气隙磁场分析的解析法，实验结果验证了本文解析法的正确性。该方法简便实用，适用于工程设计。     

内置式永磁电机齿槽转矩合成研究

采用了一种由单槽内置式永磁电机齿槽转矩合成多槽内置式永磁电机齿槽转矩的解析算法,推导了单槽内置式永磁电机齿槽转矩与多槽内置式永磁电机齿槽转矩的关系。该解析算法将单槽内置式永磁电机齿槽转矩展开为傅里叶级数,进而由单槽齿槽转矩合成为多槽齿槽转矩。通过解析算法合成的全槽齿槽转矩与有限元仿真进行了对比,验证了该算法的正确性。     

中心部分分段Halbach永磁同步轮毂电机解析计算与优化设计

针对永磁同步轮毂电机转矩脉动和涡流损耗大的问题,提出一种主磁极中心部分分段结构。采用Halbach充磁方式,永磁体主磁极中心部分分段,边界磁极与主磁极不等宽不等厚。首先,在二维极坐标系下构建解析模型,采用精确子域模型法,对解析模型在空载、电流源激励及负载下的气隙磁密和转矩进行计算。其次,建立10极12槽永磁同步电机模型并对其进行有限元仿真验证,提出一种分级优化方法,对电机结构参数进行优化,从而达到降低永磁同步电机气隙磁密谐波畸变率、转矩脉动及涡流损耗的目的。最后,与相关8种磁极结构永磁同步电机模型的各项电磁性能展开对比。结果表明：分级多变量多目标优化算法提高了优化效率与精度;十字型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著减小涡流损耗,有利于牵引电机过载运行;H型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著降低转矩脉动,提高电磁转矩和机车稳定运行能力。     

Halbach阵列永磁球形电动机转矩的三维有限元分析

为分析Halbach阵列永磁球形电动机复杂边界条件对电机性能的影响,采用有限元法对电机转矩特性进行了研究．建立了Halbach阵列永磁球形电动机三维有限元模型,得到了电机转矩的空间分布,并与解析法得到的结果进行了对比分析．在保证Halbach阵列永磁球形电机体积不变的情况下,分析了电机结构参数对电机性能的影响．对不同磁体结构球形电动机产生的自转转矩和倾斜转矩进行了比较．漏磁、磁场谐波及各自由度之间的电磁耦合对转矩特性的影响可以在有限元法中得到体现,使其与解析法得到的结果有所差别．永磁球形电动机采用Halbach阵列磁体结构后,转矩的输出能力得到了提高．在电机结构参数中,转子磁体厚度、定子线圈高度、内径及外径对电机的输出转矩能力具有较大的影响．结果表明在提高电机转矩输出能力上,电机结构参数存在最优值．     

多齿型定子的开关磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种多齿型定子铁芯结构的开关磁通永磁电机,并建立电机参数化模型。以电机定/转子之间间隙、永磁体厚度、定子齿宽等参数作为分析变量,基于有限元分析软件对多齿型开关磁通永磁电机的气隙磁密、齿槽转矩等电磁特性进行分析,为直驱型纯电动汽车所用电机的设计及优化提供参考。     

Halbach磁齿轮复合电机的分析与研究

将磁齿轮与传统永磁电机相结合,构成磁齿轮复合电机,可减小摩擦损耗、提高传动效率。研究复合电机的传动机理,分析比较径向充磁与Halbach充磁复合电机的磁场分布规律,建立电机的时步有限元分析模型,综合考虑谐波磁场和斜槽的影响,对两种电机的气隙磁密及损耗分布进行对比分析,分析不同转速下两种电机的涡流损耗及铁耗分布规律。结果表明,较传统的径向式结构,Halbach磁齿轮传动复合电机具有谐波含量小、铁耗小、效率高等优点,内转子电机的槽口宽度对永磁体涡流损耗产生较大的影响,选择合理的槽口宽度可减小损耗,进一步提高电机的效率。     

磁体斜边永磁电机铁耗的解析计算

基于Slemon等表面置磁型永磁电机(PMSM)的改进铁耗算法,推导了考虑磁体边缘斜角时定子齿与轭的磁通密度的幅值及其时间变化率的表达式,提出了永磁电机定子齿与轭平均涡流损耗密度的解析计算方法,由此建立了永磁电机铁耗的解析模型.结果表明:磁体边缘斜角技术能有效地减少铁耗.实验和模型计算结果吻合,验证了该方法的正确性和有效性.     

车用永磁轮毂电机解析建模与齿槽转矩削弱

为了提高永磁电机设计和优化的效率,避免有限元软件建模、计算耗时长的缺点,建立了定子齿上开有辅助槽的表贴式永磁电机的解析模型。在二维极坐标下以矢量磁位为位函数,在各个子域建立拉普拉斯方程或泊松方程,根据分离变量法求解各子域矢量磁位的表达式,并利用各子域的边界条件求得相关的谐波系数,推导了该永磁电机模型空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势公式。然后,计算了一台车用轮毂外转子32极48槽永磁电机在空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势,并通过有限元法和齿槽转矩实验验证了解析模型的有效性和精确性。此外,基于解析模型优化了该轮毂电机的齿槽转矩,将齿槽转矩削弱了37.2%。     

直线永磁振动电机的磁场与静推力特性分析

主要介绍了一种直线永磁振动电机的结构及其工作原理，并用有限元软件对其在不同位置时的磁场进行了分析，同时搭建实验台做了实际的测试，给出了误差及出现误差的原因。该电机结构简单，可靠性高，寿命长，易维护，并且控制电路简单，运行平稳，适用于小功率电磁间的开关系统中。     

表贴式永磁同步电机解析建模与极槽配合选取

合理选取极槽配合是电机设计的关键环节,为解决传统有限元技术重复建模带来的耗时和资源占用等问题,建立了永磁同步电机解析模型,来分析不同极槽配合对电机性能的影响.在二维极坐标系,将电机划分成永磁体、气隙、电枢槽和槽开口四类子域,并构建了各子域的拉普拉斯方程或泊松方程,利用分离变量法结合边界条件对各子域进行解析计算,完成电机解析模型的搭建.借助有限元结果验证了该解析模型的正确性,并采用该解析模型研究了不同极槽配合对电机性能的影响.通过对比发现,60槽8极电机的齿槽转矩远小于其他几种,转矩输出特性更好;分数槽配合的负载径向气隙磁密正弦性比整数槽更好,能有效地降低转矩脉动;在一定范围内,多槽结构有利于提升电机的转矩特性.     

基于有限元分析的永磁电机重要参数求解

永磁电机设计中,一些重要的参数对设计效果有决定性的作用．在通常的设计中,往往根据经验数据束取定这些参数,需要多次校正。才能最终取得较好的设计效果．在设计永磁电机过程当中,采用有限元分析软件AnsoftEM来精确求解这些参数,取得了较好的设计效果．     

新型高速永磁电机的场路耦合分析

通过分析高速永磁电机的特点与关键技术,并在此基础上进行了一台60 000 r/min,100 kW的高速永磁电机的定、转子结构设计,提出了一种新的既有利于降低转子表面电磁损耗又有利于电机通风散热的定子结构和一种可满足高速电机机械和电磁性能要求而且加工和充磁工艺简单的新型永磁转子结构.然后,利用场路耦合分析,计算了高速永磁电机的空、负载特性和电机内的电磁场,部分验证了这种特殊结构的永磁同步电机电磁设计的合理性.     

永磁电机齿槽转矩的研究分析

研究了永磁电机齿槽转矩产生的机理和降低齿槽转矩的一些措施.以4极、48槽表面式稀土永磁同步电动机为例,利用二维有限元法分析了极弧系数、磁极偏移和开辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响.将理论分析得到的齿槽转矩结果与样机的齿槽转矩测试结果进行了比较,两者基本吻合.研究表明:通过选择合理的方法能够有效地降低齿槽转矩.     

一种永磁直线电机的永磁体阵列设计

针对一种无铁心单边永磁直线电机的结构形式，推导了工作气隙磁场的二维解析解，用于电机阵列类型、永磁体厚度和永磁体占空比等结构参数的设计．解析计算表明，在该直线电机结构形式下，永磁体阵列采用常规阵列就可以得到与分段Halbach阵列接近的磁场，使电机的加工与装配得以简化，这与ANSYS有限元计算结果一致．该分析直线电机磁场的方法仅需修改边界条件，就可用于铁心直线电机的设计．基于文中的分析，实现了一个直线电机驱动的单自由度工作台，其行程为27mm，移动件的质量为1．4k，最大加速度为11．5m／s^2．