新能源商用车高转矩密度永磁同步电机设计

采用有限元分析方法,设计了一款额定功率60kW的新能源商用车永磁同步电机。利用参数化分析方法,研究了定子槽深和隔磁桥厚度等关键尺寸对电机转矩密度的影响。对V字型转子磁钢的夹角进行了参数化寻优,以抑制磁场谐波含量并减小电机的转矩波动。样机主要性能参数的试验结果表明,该电机的有效转矩密度达到21.5N·m/kg,最高效率96.1%,且效率大于85%的高效运行区域占比达到89.6%。文章所述有限元参数化分析方法和电机关键结构参数优化方法,对提高电机转矩密度和扩大高效运行区间具有良好的效果。

轴向磁通永磁轮毂电机转矩密度分析

本文从设计角度出发分析轴向磁通永磁轮毂电机转矩密度提高方法,首先推导轴向磁通永磁轮毂电机转矩密度的解析表达式,分析不同拓扑结构转矩密度的优劣,通过定子多环磁路解析法分析轮毂电机中内径、外径等不同位置的齿部、轭部磁密规律。然后通过有限元软件,建立轴向磁通永磁轮毂电机三维仿真模型,分别研究了不同定子裂比、轭高占比、齿宽占比和空载气隙磁密的轴向磁通永磁轮毂电机转矩密度规律,通过试验验证了计算方法的正确性及准确性。

极数对双定子混合转子同步电机转矩密度的影响研究

双定子混合转子同步电机是一种新型结构电机,该电机可在不显著增加成本的前提下,充分利用传统低速直驱永磁电机内部空间,提高电机的转矩密度。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,分析了内、外单元电机组合角度对其输出转矩的影响,推导了其转矩计算公式,并以体积和温升为约束条件,对不同极数的内磁阻电机进行了设计,进而归纳总结出内磁阻电机极数对双定子混合转子同步电机转矩密度的影响规律,为该种特殊结构电机的设计与分析奠定理论基础。

基于电磁与温度场耦合的高转矩密度工业用稀土永磁同步电机优化分析

本文基于工业永磁电机在液压机械领域的应用背景,以内置式永磁电机磁路及集总参数热网络温度场模型为基础,对原电机方案进行转子结构、永磁体及绕组参数优化。通过有限元仿真对负载情况下电磁与温度场耦合及高温过载退磁风险进行分析,并通过样机实验对比验证改善方案可行性,实现电机转矩密度提升44%。

模块化高转矩密度高可靠性直驱轮毂电机设计

针对高转矩密度、高可靠性直驱轮毂电机性能需求,设计了一种多单元模块化直驱轮毂电机。通过理论分析、有限元仿真等方法研究了不同极槽配比、定子结构、永磁体充磁类型、磁钢固定方式等对电机电磁性能的影响,探索了适用于实现高转矩密度的电磁结构方案,并通过有限元仿真及台架试验验证了该设计方案及相关技术的有效性。

高转矩密度转子磁分路混合励磁电机转子涡流损耗及散热优化

转子磁分路混合励磁电机转子通常采用实心磁极的结构,导致其转子涡流损耗大、转子温度高,限制了其转矩密度及效率的进一步提升。从降低转子磁分路混合励磁电机的转子涡流损耗及温升两个角度出发,首先分析永磁体分段与模块化转子结构对转子涡流损耗的影响规律,并进行优化设计;在此基础上,根据传热学基本理论,构建电机的三维稳态温度场计算模型,揭示了不同运行工况下电机的温度分布规律,提出一种机壳水冷和端盖水冷相结合的多水道冷却散热方法。结果表明,在峰值转速运行工况下,新型散热方法使得转子实心磁极的最高温升从175℃降低至136℃,进一步提升电机的输出能力及可靠性。最后,对100kW转子磁分路混合励磁电机样机进行效率与温升实验,实验验证了理论计算和所提方法的正确性和有效性。

高转矩密度横向磁场电机及其发展

分析了横向磁场电机的电磁力产生原理,并对高转矩密度机理进行了讨论;总结了不同类型横向磁场电机的结构、特点及目前的发展状况,并对其控制技术进行了分析;针对电机在结构设计、性能分析等方面遇到的问题,探讨了横向磁场电机的研究方向和发展趋势。指出:横向磁场电机在结构上实现了电磁解耦,可以通过提高极对数来提高转矩密度,而且各相解耦使控制方法大大简化,因而特别适合于多极、低速大转矩的应用领域,应用前景广阔,但结构复杂、功率因数低等技术问题亟待研究解决。

电励磁同步电机无刷励磁与转矩密度提升技术发展综述

该文首先分析永磁同步电机和电励磁同步电机的特性差异,指出电励磁同步电机的优势以及存在的问题。其次,归纳梳理了电励磁同步电机无刷励磁的演变过程和技术路线,阐明励磁机励磁、谐波励磁、感性和容性无线电能传输技术在励磁绕组非接触供电方面的研究进展和应用水平。然后,总结现有磁阻转矩利用技术、转子结构改进技术以及转矩轴线平移技术,指明上述技术对电励磁同步电机转矩提升的有益效果。最后,指出该领域存在的问题,并预测未来研究重点和技术发展方向。

高转矩密度的聚磁Halbach少极差磁齿轮设计与优化

少极差磁齿轮具有无接触无磨损、转矩密度高、传动比高等优点,有望在工业应用领域替代现有机械减速箱,实现高可靠高寿命传动。在传统表贴式少极差磁齿轮结构的基础上,为提高转矩密度同时便于磁钢安装,提出聚磁Halbach少极差磁齿轮,通过有限元分析软件,采用双控制变量法分析了新型拓扑的各结构参数与输出转矩的关系,根据分析结果对初始设计方案进行了优化。结果表明,在总体积不变的条件下,优化后聚磁Halbach少极差磁齿轮静态扭矩较优化前提高了44%,可以达到875 N·m,静态转矩密度达310 kN·m/m^(3),相比表贴式结构,转矩密度提高了72%。

采用集中绕组和高强度冷却的高转矩密度永磁电机

在本文中,对两种基于不同设计的,具有高转矩密度,并且转速在不高于3000r/min时有1/3弱磁区的永磁电机进行了讨论和测试。这两种电机采用齿绕线技术,逆变器供电,都是应用在变速驱动领域的典型的工业设备。这两台样机每极槽数是分数,分别为1/2相和1/4相,其设计的持续运行的功率为45kW,额定转速为1000rpm,最大转速为3000rpm。采用F热量等级时电机转矩密度可以达到31.7kNm//m^3(电机的有效体积,包括绕组端部)。文章还对电机的制造过程、测试中所用到的测试条件以及估算方法等细节做出了说明。

绕组温度约束下导热系数对转矩密度的影响规律研究

针对高功率密度电机,过高的定子绕组温度是限制电机输出功率进一步提高的重要因素,所以良好的电机散热条件可有效提高电机的输出转矩.为了探寻定子绕组散热条件对电机转矩密度的影响,本文基于热阻网络(TRN)解析法,以绕组温度作为热约束,研究分析了导热系数对绕组铜耗和转矩密度的影响规律.基于有限元分析软件建立了三维求解域模型,对电机的温度场进行了仿真分析.通过数值计算、温度场仿真以及实验对比分析,验证了在绕组温度约束下导热系数与转矩密度之间的关系以及高热导率材料对提高电机输出转矩的有效性.

锥形外转子永磁同步轮毂电机的转矩密度分析

锥形永磁同步电机作为一种新型的弱磁型永磁电机,其定、转子气隙表面呈圆锥形,搭配一定的机械机构,定子(或转子)可以沿电机轴向小范围移动,能够兼顾高转矩密度和宽恒功率区的双重优点,且在全速域范围内都具有较高的效率。该文提出锥形外转子永磁同步轮毂电机的结构方案,推导其转矩密度的解析度表达式和优化方法。采用有限元法,建立锥形外转子轮毂电机的三维仿真模型,计算铁心中磁密沿电机轴向的分布规律。结果表明:锥形外转子永磁同步轮毂电机采用契合轮毂形状的设计,能够最大限度地利用轮毂内部空间,提高轮毂电机的转矩密度和转矩输出能力。

高转矩密度电机温度场分析及冷却系统优化

针对电动客车用高转矩密度电机具有体积小、转矩大并且冷却结构水温高的特点,建立电机温度场仿真模型,设定了模型的仿真边界,对电机持续运行工况的稳态温度场和短时运行工况的瞬态温度场进行仿真分析,仿真结果显示该电机的温升满足设计要求,可以可靠运行。同时,对该电机冷却系统进行了研究和优化,结果表明,圆周螺旋水路结构的散热效果最好,可结合电机实际情况从工艺的角度来优化选择。

高转矩密度多相感应电机的理论与试验研究

本文通过理论分析,提出了感应电机提高转矩密度的实现途径。并通过理论推导,对利用谐波提高转矩密度进行了定性的理论分析。最后,通过有限元仿真和样机试验对比分析,对注入谐波提高转矩密度展开了验证,试验结果验证了部分理论的正确性。

异步电动机的功率密度与转矩密度分析

从电动机功率密度及转矩密度的定义出发,以Y2系列(IP54)三相异步电动机的技术数据为依据,对Y2系列部分型号规格的异步电动机的功率密度及转矩密度进行了详细的计算,对计算结果进行了分析和比较,并通过图表形式给出了不同极数、不同功率等级电动机的功率密度及转矩密度的变化情况。本文所分析的是一般用途基本系列电动机的功率密度和转矩密度情况,其结果可以用来作为一种基本参照标准,对研究与设计其它高功率和高转矩密度电机具有一定的参考价值。

基于四桥臂的三次谐波注入式永磁同步电机转矩密度优化

与传统绕组星形连接的永磁同步电机相比,基于四桥臂拓扑的永磁同步电机绕组中性点与第四桥臂相连接,为三次谐波电流提供通道,通过外部注入三次谐波电流,可提高电机的电磁转矩。建立三相四桥臂永磁同步电机系统的数学模型,并设计了矢量控制系统,在相电流幅值不变的前提下注入三次谐波电流,分别实现对基波和三次谐波的闭环控制,得到谐波注入后转矩密度显著提高,通过仿真验证了该方案的可行性。

高转矩密度磁力齿轮的拓扑结构设计与性能比较

永磁行星齿轮和同轴永磁齿轮是两类具有不同拓扑结构和运行原理的磁力齿轮,采用定量设计比较法设计了具有相同有效体积和永磁体用量的上述两类磁齿轮,并通过有限元分析法对二者的转矩传递性能进行比较研究。研究结果表明,永磁行星齿轮较同轴永磁齿轮有更高的转矩密度和更低的转矩脉动。此外,由于永磁行星齿轮具有更加灵活的运行模式,并且能实现功率分流,使其在混合动力汽车领域有很好的应用前景。加工了一台永磁行星齿轮样机,并搭建试验平台进行了相关的试验,结果表明了该拓扑结构的有效性。

采用磁场调制技术的高转矩密度永磁交流伺服电机

伺服电机是工业机器人中的核心部件。不同于一般的伺服电机,机器人伺服电机必须具有动态响应快、起动转矩高、转矩惯量比大、调速范围宽等特点。同时要适应机器人的尺寸,做到体积小、重量轻、短时过载能力强。目前国内在高端伺服领域仍存在空白,难以实现高转矩密度、紧凑化设计。本文针对这一问题,提出了一种将磁场调制效应与集中绕组电机相结合的设计方法,以日本安川SGM7系列电机性能作为对标指标,设计并加工了一款样机,通过仿真和实验证明了所设计的电机具有更高的效率、更高的功率因素和更好的过载能力。

低速高转矩密度永磁同步电机的设计研究

针对目前桨翼飞行器用驱动电机转矩密度低的问题,从电磁、水冷、结构等多方面入手,设计了一款低速高转矩密度永磁同步电机(PMSM)。首先,根据技术指标设计电磁方案,研究了永磁同步电机的转矩特性,提高额定工况下的转矩输出能力;其次,设计一种轴向外流道水冷系统,仿真结果表明散热效果明显;最后,对电机结构进行优化,实现电机轻量化设计,通过电机模态与强度分析,表明电机结构可满足电机极限工况下的强度需求。通过上述设计,电机的转矩密度得到大幅提高。

多相感应电机注入三次谐波提高转矩密度的原理

阐述了多相感应电机通过注入三次谐波提高转矩密度的原理及实现方法,通过分析以3相和5相为子集的多相感应电机注入三次谐波以后的磁势分布特点,总结该类电机绕组的相带分布规律,为多相感应电机的绕组设计提供理论指导.