稀土磁体磁特性、磁路和试验研究

本文在分析稀土磁体磁特性基础上,提出经典静态永磁磁路计算方法仍然适用于稀土磁体。动态磁路校核计算应以内禀线为基础。通过稀土永磁磁路特点的分析,提出稀土磁体在电机典型磁路中的应用范围。文内结合我所稀土磁体在超低惯量电机模拟磁路为例,通过试验研究,探讨气隙中获得最大磁密的磁路结构,并给出不同材质磁体和磁路结构磁参数之间的试验曲线。     

用等效电磁铁模拟稀土磁体计算电机磁场

近来,有限元法已成为精确求解电机磁场问题的有效工具。但对稀土永磁电机,由于其磁路结构复杂,稀土永磁的特性又比较特殊,所以和一般电机有某些不同之处。我们对一台1千伏安、1600赫和24伏的靶机上用的电源发电机,用等效的电磁铁模拟稀土磁体来计算磁场,取得较好的效果。本文讨论这一方法的基本出发点和计算结果。为了提高电机的气隙磁密B_δ和磁体利用率,功率较大的稀土永磁发电机经常采用横向激磁结构,如图1。每个磁极都有一块     

磁体结构尺寸对Halbach阵列的影响

基于Halbach磁体阵列结构的内转子永磁电机的基本模型,比较了Halbach磁体结构与普通磁极结构的永磁电机,分析了Halbach磁体结构的气隙磁密分布,得出磁体结构的气隙磁密、磁通随永磁体的厚度的变化规律,总结出Halbach阵列具有磁单边特性,且在强侧具有良好的正弦特性。     

轴向磁化永磁微电机转子磁场分析

为研究尺寸效应对轴向磁化永磁电机性能的影响,采用有限元方法对双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布.分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的转子产生的气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm.分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用.     

Halbach阵列永磁电机齿槽转矩分析与计算

为了削弱永磁电机齿槽转矩,提高电机气隙磁密,改善气隙磁场分布,采用分段式Halbach阵列磁体结构,使永磁体获得理想的单边磁场。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁力线分布,获得电机气隙磁密和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁体电机进行对比分析。研究结果表明,该方法能有效削减齿槽转矩,提高磁密幅值,增强磁密正弦性。     

双转子径向永磁电机气隙磁密的分析计算

双转子径向永磁电机可以大大提高转矩密度和效率。该文首先简要介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理、特性及设计依据,然后采用等效磁路法对气隙磁密进行了解析,最后利用有限元法对所设计电机进行了静态磁场的分析和气隙磁密计算值的验证。结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,气隙磁密的解析值和有限元计算值也吻合得较好,证明了分析和设计的可行性。     

Halbach阵列双转子永磁电机磁场分析与转矩计算

双转子永磁电机是一种具有高转矩密度、高运行效率新型永磁电机,双层气隙结构也使电机内部磁场分布更加复杂、转矩波动更为严重。为进一步改善该电机气隙磁场分布,降低输出转矩脉动,内、外侧转子分别建立新型Halbach阵列磁体,使两部分转子同时获得理想的单边磁场。通过建立双转子电机二维有限元模型,计算和分析了电机内、外转子的径向气隙磁密、齿槽转矩、输出转矩脉动等特性,并与径向充磁双转子电机进行比较。结果表明,该方法可以有效优化气隙磁密,降低转矩脉动系数,提高电机运行稳定性。     

异步起动永磁同步电动机的设计及分析

通过采用不均匀气隙的方式设计了一台22 k W-6 P异步起动永磁同步电动机,采用串联式V型转子磁路结构。通过优化,有效地降低了电机气隙中磁密谐波的含量,气隙磁密更正弦化,使电机的磁路更加合理,有效地抑制了电机的转矩波动。有限元分析及试验结果表明,所完成的设计方案较合理,各项性能指标均满足设计要求。     

盘式感应电动机的磁路设计与计算

对盘式电机的磁路设计和计算作用了探讨，提出采用二维分布磁路模型和解析法计算磁路，给出了磁计算流程图，给出了气隙磁密，齿磁密及轭磁密沿径向的分布。     

磁桥宽度对双层分段内嵌式永磁电机弱磁能力的影响

研究了双层分段内嵌永磁电机磁桥宽度对电机弱磁调速能力的影响。文中使用解析法计算了双层分段内嵌永磁电机气隙磁密,利用解析法中建立的等效磁路模型列出磁路方程,以磁桥磁阻为自变量,气隙磁密为因变量分析了不同磁桥宽度对气隙磁场分布,气隙磁密幅值和电机弱磁调速能力的影响。研究结果表明,增大第二层磁桥宽度将增大永磁转矩,但恒功率运行区间带载能力会减弱,适当增大第一层磁桥宽度电机反电势略微降,电机调速范围显著拓宽。仿真结果证明了理论的正确性。     

无槽双边长定子直线感应电动机磁路计算方法

该文介绍了一种应用于电磁发射领域的新型无槽双边长定子短动子直线感应电动机,针对该新型电机结构特点,提出适用于该新型直线电机的分布磁路计算方法,在已知电机激磁电流的前提下,对电机沿长度方向进行等间隔分块处理,对相邻等分节点构成的闭合磁路进行磁压降计算,得到关于各等分节点气隙磁密的线性方程组,通过对铁心磁导率进行迭代计算获得各节点的气隙磁密值。在此基础上,由气隙磁密计算绕组磁链,绕组磁链与激磁电流的比值即为对应的电机电感。与有限元计算结果和实验结果的对比,验证了该文提出的磁路计算方法的正确性。     

切向磁钢混合励磁同步电机空载磁路计算及三维场分析

提出一种新结构切向磁钢混合励磁同步电机,分析其结构特点和运行原理。结合该新型电机径/轴向磁路特点,建立了空载等效磁路模型。通过求解非线性磁路方程,计算得到不同励磁磁势下径向与轴向磁路的磁通分布、主气隙磁密、空载感应电势。利用三维有限元法,研究了轴向磁路对径向磁路的影响,从而明晰主气隙磁场随励磁磁势的变化关系,与磁路法计算结果和理论分析是一致的,表明电机气隙磁密高、气隙磁场可调。所建立空载磁路模型及三维有限元分析方法为该新型电机的优化设计、性能分析以及负载特性进一步研究奠定了基础。     

轴向磁化永磁微电机磁场分析及定转子制作

为研究尺寸效应对轴向磁化永磁电机性能的影响,用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行仿真计算,得出轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响。采用一体化多极磁化方法和深刻蚀成型电铸工艺分别制作了直径10mm电机的转子永磁体和硅片上的平面定子线圈。     

永磁电动机高磁密磁路结构的研究

本文从研究永磁同步电动机、宽调速直流伺服电机和小惯量直流伺服电机的磁路结构的漏磁情况。提出排除磁极中磁密饱和点的措施,导出获得高磁密的最佳磁体截面形状方程,实践证明可使气隙磁密提高20～25％。在分析与比较了横向磁化、混合式和极靴式三种磁路结构的基础上,为合理地选择电机参数,改善电机性能,提供了典型的磁路结构。并通过对电枢反应的理论探讨,提出抑制稳态和暂态去磁效应方法,使电机的过载能力及电流和转矩趋向良好的线性关系。其研究分析方法,同样可供其它永磁电机设计者参考。     

切向充磁的异步启动永磁同步电机的一种精确磁路模型

本文针对切向充磁的异步启动永磁同步电机,考虑转子开槽及隔磁槽漏磁、气隙漏磁、磁桥漏磁及装配气隙等的影响,提出了一种较为精确的等效磁路模型,它可快捷、精确地求取永磁体的工作点、漏磁系数、气隙磁密、定转子饱和程度等重要参数;推导了相关的磁路磁密及磁动势计算公式,编制了电机磁路计算程序.有限元对比分析表明,该模型具有较高的计算精度.     

基于非线性自适应集总参数磁路法的双凸极永磁双转子电机的分析与验证

为了快速分析和计算双凸极永磁双转子电机(DSPM-DRM)的磁场和性能,提出将非线性自适应集总参数磁路法(NALPAMC)应用于DSPM-DRM的分析。该方法的分析计算包括:变结构的气隙磁导和导磁材料磁导的确定、磁导矩阵方程的建立和求解方程时对B-H曲线的差值处理,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机的磁链、反电动势和气隙磁密等电机电磁性能。该模型考虑了电机的局部饱和、材料非线性和复杂磁场关系的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了提出方法的准确性和有效性。     

永磁直线同步电动机Halbach阵列磁场分析

直线电动机的气隙磁场是决定其性能的关键因素.针对平板动磁式永磁直线同步电动机(PMLSM),采用Halbach磁体阵列来提高气隙磁场的正弦性.给出了Halbach阵列磁体排列方式及磁化规律;利用有限元法对Halbach磁体结构与常规磁体结构的永磁直线同步电动机进行比较,分析了磁通密度在平均气隙及轭部的分布情况;在此基础上提出了一种基于Halbach阵列的改进的磁体排列方案,并分析了此方案对电机气隙磁密的影响,得出了一些有用的结论.     

Halbach磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究(I)--磁体结构及有导磁铁心电动机的对比研究

Halbach磁体结构应用于电动机时与常规磁体结构相比具有很大的优越性,首先给出Halbach磁体结构电动机的磁体排列方式及磁体的磁化规律,然后以无齿槽有铁心电动机为例,对比分析Halbach磁体结构电动机和常规磁体结构电动机气隙磁密分布和电动机各部分磁通的差异,得出两种磁体结构电动机气隙磁密、磁通随永磁体厚度的变化规律.     

用于感应电机设计的分布磁路法快速迭代方法

针对非正弦供电十五相感应电机磁路计算的分布磁路法,对气隙磁密进行修正的迭代过程,提出采用牛顿拉夫逊迭代方法。通过MATLAB软件对两种算法的试验结果进行对比分析,可知该方法具有通用性强,收敛、运算速度快,受电机饱和程度影响小等优势,并改善了气隙磁密修正时依赖经验系数的不足。该方法特别适用于多相感应电机的优化设计。     

混合励磁磁通切换电机等效磁路模型

混合励磁磁通切换电机（flux-switching hybrid excitationmachine,FSHM）是一种新型定子励磁型交流无刷电机,具有磁链双极性、结构简单、功率密度高、运行可靠等优点。改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了对永磁气隙磁场的有效调节与控制,而引入导磁磁桥可提升气隙磁场调节范围。以建立电枢绕组磁链最大位置的等效磁路模型为切入点,推导了峰值磁通表达式,探索了磁桥段相对磁导率的估算方法,结合有限元仿真分析了磁桥厚度变化与磁桥式FSHM初始气隙磁密、磁桥磁密、气隙磁场调节能力、磁力线路径转移等特性的关系。样机的有限元仿真及实验结果与等效磁路模型预测趋势基本一致,验证了建模方法与理论分析的正确性,可用于指导磁通切换电机的设计与性能分析。