新型盘式行星永磁电机的等效动态磁网络模型

为了解决传统永磁电机低速直驱能力弱和输出单一的问题,提出新型盘式行星永磁电机.所提电机集盘式电机与行星驱动于一体,具有空间磁场结构复杂、低速直驱和多自由度动力输出的特点.分析所提电机的电磁性能,研究盘式转子与行星定子不均匀气隙的动态磁路模型,利用径向分环法将三维磁场模型分环为二维模型.考虑气隙不均、定子开槽和漏磁的影响,引入不均匀气隙位置分布函数,建立所提电机的等效气隙磁阻模型和等效漏磁阻模型.划分盘式转子和行星定子间的磁场区域,将动态磁路模型转化为时变的等效磁网络拓扑结构,计算得到电机的磁链和空载反电势.通过有限元和样机实验验证动态磁网络模型的有效性.相比三维有限元仿真,等效磁网络提高了计算效率,便于后续的结构参数分析和优化,为盘式行星永磁电机的磁场建模和分析提供了参考.

电动汽车用绕组切换型永磁同步磁阻电机设计与分析

永磁同步磁阻电机结合了永磁同步电机和同步磁阻电机的优点,广泛应用于电动汽车,是电机领域的一大研究热点。分别采用辐式磁极和V形磁极设计了两台永磁同步磁阻电机,每台电机都设计了可串、并联切换的电机绕组,以进一步拓宽电机的调速范围。为减小转矩脉动,电机采用不均匀气隙。分析了两种转子电机在定子绕组串、并联模式下的交、直轴电感的特点,以及不均匀气隙对电机性能的影响。研究表明V形磁极电机较辐式磁极电机具有更大凸极率,在电机串联运行时可以获得更大的磁阻转矩,合理的不均匀气隙可以改善电机的性能。样机测试结果验证了上述分析的正确性。

不均匀气隙结构的异步起动永磁同步电机设计

针对异步起动永磁同步电机气隙磁场谐波复杂,而导致的铁心损耗大、电磁噪声高、转矩脉动强烈等不利问题,提出了电机气隙长度不均匀的方法,用以减小气隙磁场谐波,进而减小电机铁心损耗、降低电机电磁噪声、抑制转矩脉动,计算并校验了电机永磁体的最大去磁工作点。有限元仿真表明,所提出的不均匀结构电机的气隙磁场谐波大幅下降,电机转矩脉动得到有效地抑制;电机在额定转矩、三倍转子转动惯量负载的情况下,满足异步起动能力;起动过程中永磁体在最强退磁点的剩磁也符合设计要求。

稍不均匀电场空气间隙击穿电压计算的新方法

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据,而电场分布均匀性是间隙击穿电压的主要影响因素之一。为此,提出了一种基于电场分布特征参数和支持向量机的空气间隙击穿电压计算新方法。采用该方法对球隙和球–板间隙2种稍不均匀电场空气间隙的击穿电压进行了计算,并与基于流注起始判据的计算结果和试验结果进行了对比。以试验结果为基准值,提出的方法对球隙和球-板间隙击穿电压计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.64%和1.62%;而流注起始判据计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.03%和5.26%。为获得精确的计算结果,随着电场分布不均匀性的增大,流注起始判据中的临界电荷数需进行修正,而这缺乏具有普适性的修正方法。提出的方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。

轮毂电机不平衡电磁力对车轮定位参数的影响

轮毂电机驱动电动汽车将电机、减速机构和制动器等高度集成于车轮内。不同路面激励下的轮胎跳动、载荷不均和轴承磨损等造成电机气隙沿圆周分布不均,其所产生的不平衡电磁力将会通过减速机构或直接传递给车轮,对车轮定位参数产生一定的影响。针对上述问题,本文中以一款无减速机构轮毂电机驱动电动汽车为对象,在建立其传动系动力学模型、双横臂悬架动力学模型和轮毂电机不平衡电磁力数学模型的基础上,深入分析了不平衡电磁力对车轮各定位参数的影响规律。结果表明:气隙不均匀引起的作用到车轮上的不平衡电磁力对车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角和车轮前束均有不同程度的影响,各定位参数变化量的幅度和均方根值均随电机气隙不均匀程度的增大而增大,其中,车轮外倾角、主销内倾角和车轮前束受Y方向不平衡电磁力的影响较大,而主销后倾角则对X方向不平衡电磁力较为敏感。

基于流注起始判据的球—板—球短空气间隙击穿电压计算

典型电极结构的击穿电压是外绝缘设计的重要依据,许多学者对此进行了大量的研究,而实际上高压输变电工程中常常需要分析悬浮导体的影响。为此,文中在考虑悬浮导体的基础上,采用Raether-Meek判据、临界电荷判据和光电离判据等3种流注起始判据对球—板—球短空气间隙的击穿电压进行了计算,并开展了工频耐压试验作为对比。结果表明,对稍不均匀电场球—板—球短空气间隙,计算结果与试验值吻合良好,所有计算结果的相对误差和平均绝对百分比误差分别在7.5%和4%以内;其中,基于光电离判据的计算结果精度最高,平均绝对百分比误差仅为2.5%。研究证明了流注起始判据在一定范围内的有效性和推广价值,并有助于阐述稍不均匀电场组合空气间隙的放电机理。

高压大功率异步起动永磁同步电机设计与分析

针对高压大功率异步起动永磁同步电机的起动问题,基于一台3k V,400k W实心转子异步起动永磁同步电动机,利用有限元方法建立电机的二维仿真模型,对比分析了叠片转子和实心转子结构电机的起动性能,仿真结果显示这种电机在起动电流允许情况下,起动转矩明显大于叠片转子结构电机。通过改变电机的相关结构参数包括电机的气隙长度、极间导条数量、导条尺寸等分析其对电机堵转性能的影响规律,改变电机气隙的不均匀程度,分析其对电机起动过程中的稳态损耗的影响规律。

U型单相永磁同步电动机的仿真设计

优化设计了一款定子铁心为U型的单相永磁同步电动机。建立了电动机的数学模型,阐述了该款电动机的运行原理。通过Auto CAD和Ansys软件建立了电动机物理模型,并对模型进行有限元分析。分析了电动机的定位力矩、不均匀气隙结构下的空载气隙磁场分布、空载反电动势以及负载情况下的电动机转速,然后对电动机进行带负载启动性能进行仿真。设计了可以控制电机转向的控制电路,在需要固定转向的场合以控制电动机的转向。在此基础之上制作了样机,样机的性能测试表明了仿真设计的合理性。

异步电机静偏心状态电磁激励力的建模分析与实验研究

为了建立异步电机磁-固耦合动力学模型,并准确预测电机在不平衡运行状态下的气隙径向电磁激励力,推导转子-气隙系统的拉格朗日-麦克斯韦能量方程,采用4阶龙格库塔法计算异步电机存在静偏心时的转子振动响应的数值解,根据转子实际振动偏心计算各阶次不平衡电磁力波,最后分析转子主轴系统弯曲刚度以及初始静偏心大小对气隙磁场和径向电磁力的影响。通过实验研究验证了理论建模和数值计算的准确性。结果表明,在异步电机静偏心状态下,气隙磁场受转子振动偏心影响而发生改变,电机转子弯曲刚度越小且初始静偏心越大,气隙磁场的分布就越不均匀,导致电机定子受到的径向电磁激励力也会越大。因此,该模型和数值解有助于提高异步电机不平衡电磁力的计算精度,对细长主轴异步电机尤其有效。

弧形直线感应电机不均匀气隙磁场定量分析

弧形直线感应电机可用作实现竖直转子无轴承电机,但次级转子偏心所导致的气隙不均匀对气隙磁场有显著影响。针对此问题,在推导气隙宽度数学表达式基础上,首先提出一种针对弧形直线电机不均匀气隙时的气隙磁场解析计算方法。接下来将此方法与有限元计算结果进行比较。结果表明,这种解析计算方法相比采用均匀气隙的计算方法能够大大提升气隙磁场的计算准确度。针对大气隙时计算精确度下降的问题,提出一种修正方法,进一步提升了计算结果的精确性。最后,将解析方法与瞬态场有限元结果进行了对比。对比结果表明,考虑了气隙不均匀的磁密解析计算公式能够将不同情况下的磁密计算误差减小50%~90%。这种解析方法为通过弧形直线感应电机的解耦控制实现无轴承电机的结构奠定了基础。

不均匀气隙表贴式永磁同步电机磁场解析计算

工业机器人与数控机床用永磁同步电机设计过程中为追求反电动势的正弦性和低转矩脉动,常采用面包型或偏心削极的不均匀气隙结构,该文基于微分原理对不均匀气隙结构转子磁极进行径向等极弧分段,在二维极坐标下将电机结构划分为永磁体、气隙、槽开口和定子槽四个精确子域的解析模型,并建立泊松方程和拉普拉斯方程,通过分离变量法与傅里叶级数法求解偏微分方程,通过边界条件对各子域谐波系数求解以得到各分段磁极磁场分布,然后基于积分原理对其等效叠加得到电机二维磁场分布结果。该解析方法同时考虑到瓦片型、偏心式与面包型磁极转子结构,可以计算任意单元数电机的空载、电枢及负载的磁场特性,并在此基础上计算转矩和空载反电动势特性。通过样机测试结果和有限元仿真结果与解析结果进行比较,验证解析方法的准确性,能够快速指导电机设计。

内置V型永磁电机齿槽转矩优化

针对内置V型永磁电机齿槽转矩的问题,对齿槽转矩产生的原因进行分析,通过结合不均匀气隙结构和隔磁桥的方法降低齿槽转矩。首先,通过齿槽转矩表达式分析了不均匀气隙和隔磁桥可以降低齿槽转矩;其次,通过优化参数Rib和HRib找到了最优的隔磁桥结构,齿槽转矩峰值由1.30 N·m降低到0.36 N·m,降低了72.3%,在最优隔磁桥结构的基础上通过有限元仿真计算找到了最优的不均匀气隙结构,齿槽转矩峰值由0.36 N·m降低到0.21 N·m,降低了41.7%;最后,分析结合不均匀气隙结构和隔磁桥结构后对电机其他性能的影响,空载气隙磁密和空载反电势谐波畸变率基本不变,转矩脉动由25.5%降低到20.4%,降低了5.1%,说明优化后不会对电机其他性能产生影响。

不均匀气隙齿顶对外转子轮边直驱电机性能影响

为了使轮边直驱电机能够稳定运行,选用定子齿顶偏心致使气隙不均匀来改善磁场波形,降低电机的转矩脉动,同时电机的损耗也有所降低,电机整体性能得到了提高。用Maxwell2D软件对最大气隙、最小气隙组合对应的偏心距进行参数化分析,得到过载时刻转矩脉动最小的偏心距。再与偏心距为0时的气隙磁密、空载反电势、涡流损耗、铁心损耗、转矩脉动。合理表明气隙不均匀可以改善电机性能。

降低压缩机永磁同步电机的振动

以一款存在较大振动的永磁同步电机为例,针对引起电机振动的主要电磁力谐波次数,提出了对定子齿削角、转子取不均匀气隙、提高定子模态频率和转子分段斜极等方法来降低振动。通过样机制作和测试,证明其可有效降低振动。

直线电机不均匀气隙磁场解析计算方法

直线感应电机运行时,其初级和次级之间可能因不平行而形成不均匀气隙,从而造成电机磁场分布变化。对于这种不均匀气隙的电机磁场分布的计算,沿用传统的基于均匀气隙的公式则会使误差增大。为解决此问题,首先基于电磁场理论,提出了一种不均匀气隙直线感应电机磁场的解析计算公式;其次根据直线电机特性对解析公式进行修正;最后将解析公式计算结果与有限元方法计算得到的气隙磁场分布结果进行了对比。对比结果表明,这种考虑了气隙不均匀的解析磁场计算方法相比不考虑气隙不均匀的计算,其平均误差减小50%以上,为直线感应电机的设计和控制效果的提升提供了一种有益的参考。

笼型三相异步电动机定转子气隙的确定和性能解析

本文主要讲述低压笼型三相异步电动机定转子气隙对电机运转的机械性能和电气性能的影响,进而说明电机气隙的大小在电机设计中的重要性,对电机气隙的选取、气隙大小与电机性能之间的关系、气隙不均匀度的计算及影响进行简单的介绍。最后指出选取和保障最佳的电机气隙值对保障电机运行性能至关重要,而零部件质量和及其装配工艺是保证电机气隙均匀的关键。