表贴式永磁电机在PWM激励下永磁体涡流损耗计算模型

针对现有模型难以计算PWM激励下表贴式永磁电机永磁体涡流损耗问题,提出了一种计算由PWM谐波引起的永磁体内涡流损耗计算模型。该模型通过磁导率分布函数获取气隙径向磁密,能够考虑定子开槽及谐波电流影响。首先,在忽略涡流反作用情况下解析计算了永磁体内磁密变化率;然后,应用有限差分法数值计算了永磁体内电位,综合得到了涡流损耗;最后,用有限元法验证了模型的准确性。研究结果表明:随着永磁体分段数的增大,涡流损耗减小,涡流反作用也随之减弱;永磁体涡流损耗主要由1倍、2倍开关频率附近电流谐波引起。

磁钢充磁方式对表贴式永磁电机磁场影响分析

针对永磁电机中不同充磁方式时磁场的分布和强度不同,分析了径向、平行和Halbach 3种磁体结构,建立了内转子和外转子永磁电机的有限元分析模型,对比3种充磁方式时永磁电机气隙磁场的分布特点,明确了3种充磁方式的适用场合,给出了极对数和永磁体厚度对电机气隙磁场分布影响的变化规律。结果表明:采用平行充磁的内转子永磁电机有更大的气隙磁密,而外转子永磁电机采用径向充磁时的气隙磁密较大;Halbach磁化结构可提高气隙磁密波形的正弦分布程度,减小转子轭部磁密,适合于多极的永磁电机。

基于多维可视化的表贴式高速永磁电机转子护套设计

护套厚度和过盈量是影响表贴式高速永磁电机转子强度的主要因素。通过分析永磁转子的受力情况,把三维永磁电机转子的强度模型简化为平面应力问题,在极坐标下推导出考虑护套厚度、过盈量及转速影响的碳纤维护套永磁转子应力解析解。将永磁体和转子铁心接触面间的接触压强及碳纤维护套的最大环向应力作为优化目标,以永磁体和护套的应力极限强度为约束条件,选择碳纤维护套厚度以及永磁体与碳纤维护套之间的静态过盈量作为设计变量,通过多维可视化算法计算求解找到满足条件要求的护套厚度及静态过盈量的优解范围。通过有限元法和解析法的计算结果对比来验证转子的应力分布情况。仿真结果表明,所设计的转子护套能够满足高速下永磁体的强度保护要求,能够实现为高速永磁电机转子表面安装碳纤维护套的优化设计。

表贴式永磁电机的两种充磁方式

研究了表贴式永磁电机的两种充磁方式。首先利用已有文献电机参数验证了有限元模型的正确性,对比分析了两种充磁方式下电机磁密和磁钢磁势的分布特点,研究表明内转子结构平行充磁方式具有提供更大的气隙磁通潜力,而外转子结构则相反。接着研究了两种充磁方式,不同气隙下气隙总磁通随极对数和磁钢厚度的变化规律。同时明确了两种充磁方式各自使用场合,给出了最佳磁钢厚度的取值范围。本文工作有助于正确选择表贴式永磁电机的充磁方式和磁钢厚度,以发挥磁钢潜力,改善电机性能。

表贴式高速永磁同步电机失磁故障及磁体选区渗重稀土研究

针对表贴式高速永磁同步电机永磁体在受到高温、强退磁磁场等因素影响易产生局部不可逆失磁故障问题,本文基于有限元分析方法,分别建立了一台24 kW表贴式高速永磁同步电机的二维和三维仿真计算模型,在计及该电机在各类不同的退磁因素作用下,确定了电机磁体发生局部不可逆失磁故障的位置,并预测了磁体的进一步失磁扩散趋势。对比了电机在有无失磁故障情况下的空载气隙磁密和反电动势,并研究磁体不可逆失磁故障对电机运行的影响。由于永磁体易在部分区域发生不可逆失磁,故本文将磁体材料更换为较低牌号,并运用选区渗重稀土技术改善易失磁区域材料特性来提升磁体整体抗失磁能力。在此基础上,探究了更为合理的重稀土渗入区域及渗入梯度,从而保证在不失电机性能的前提下,实现了重稀土元素的极限应用,为表贴式永磁电机磁体选区渗重稀土技术提供了参考。

一种表贴式永磁电机磁极结构优化研究

针对常规表贴式永磁电机气隙磁密波形正弦度差,导致电机反电势中谐波含量高、电机谐波损耗大,以及复杂结构形状永磁体在生产、加工、装配过程中容易造成废品率高等问题,提出一种由导磁金属块和永磁体共同构成的表贴式磁极结构。用有限元方法计算常规结构以及不同程度不均匀气隙结构的气隙磁密波形,进而由傅里叶分解得到各次谐波和正弦畸变率。仿真结果标明该结构可以有效改善气隙磁密波形和电机空载反电势的正弦度。最后采用遗传算法对实现偏心结构的导磁金属块尺寸进行优化,得到了使气隙磁密波形畸变率最小的尺寸参数。有限元计算结果显示,优化设计后,气隙磁密波形畸变率和电机空载反电势谐波含量明显减小。

表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场解析

针对表贴式永磁电机转子偏心问题,建立了一种基于边界摄动法的静态偏心解析模型,采用矢量磁位推导偏心空载气隙磁场磁通密度解析表达式,解析模型中的偏心扰动量无量纲。磁通密度和不平衡磁拉力的解析结果与有限元分析结果相比较,证实了偏心模型的正确性和有效性。

碳纤维绑扎表贴式高速永磁电机转子强度分析

针对表贴式高速永磁电机中分块永磁体转子的强度分析问题,基于弹性力学理论,推导了分块永磁体转子强度的解析表达式.采用解析算法计算碳纤维护套、永磁体以及转轴中的径向应力、切向应力和等效应力,并将解析法的计算结果与有限元法的计算结果进行比较.结果表明:转子在静止和高速转动状况下,解析解都能够准确地计算出表贴式分块永磁体转子的应力分布,且解析解与有限元的误差很小,完全在可接受范围之内.

考虑齿槽效应的表贴式永磁电机空载磁场建模

针对齿槽作用下的表贴式永磁电机空载磁场分布,提出了一种简化解析模型。该模型将等效磁路法和磁位解析法相结合,首先利用等效磁路法求得定子齿槽表面上的磁通密度分布,继而将其作为第二类边界条件之一,借助拉普拉斯方程和泊松方程获得一个磁极下电机磁场分布;通过剩余磁化强度修正函数,将该解拓展到整个电机范围。该解析模型充分考虑了齿槽效应对磁场的影响,求解过程简捷。经有限元仿真表明,对于内、外转子结构永磁电机,该解析模型均取得了较准确的磁场计算结果,为进一步研究电机反电动势和转矩特性提供了一种有效分析手段。

转子有辅助槽的表贴式永磁电机解析法建模与优化

通过在表贴式永磁电机的的转子上开辅助槽,可间接改善电机的齿槽转矩脉动状况。但目前相关文献大都基于有限元法,需要反复修改模型参数,且尚未得出明确的槽型优化方法。本文选取磁场中的标量磁位为求解变量,在电机的气隙区域、永磁体区域分别建立拉普拉斯和准泊松方程。对于不规则的永磁体形状,采用分块累加方法,提出了一种转子含有半圆形辅助槽的表贴式永磁电机解析模型。之后,推导了齿槽转矩峰值与槽型尺寸的解析关系,对辅助槽型尺寸进行优化分析,可获得齿槽转矩脉动的极小值。最后,利用有限元法对所提出的解析模型进行了验证。

基于Halbach阵列与组合型磁极相结合的表贴式永磁电机优化设计

为了减小表贴式永磁电机气隙磁场中谐波含量过高所带来的电机性能下降的影响,提出了Halbach磁体阵列与组合型磁极相结合的转子结构。基于时步有限元计算软件,利用田口法正交试验,以谐波畸变率THD和气隙磁密基波幅值大小为评价标准,优化设计了4极永磁电机的转子结构参数。优化参数包括:磁钢厚度、组合磁极的磁极配比、Halbach充磁夹角、较小磁能积的永磁材料的矫顽力大小。通过对比优化前后气隙磁通密度谐波含量,验证了该优化方法的有效性。

基于云遗传策略的永磁电机表贴式双曲极靴优化设计

针对常规瓦形表贴式磁极产生近似矩形的空载气隙磁密,导致感应电势谐波含量较高、转矩脉动大,以及表贴式永磁体在转子装配过程中易磕碰受损等问题,提出一种在瓦片形永磁体表面加装导磁极靴的双曲磁极结构。通过对双曲磁极的空载气隙磁密波形畸变率和齿槽转矩波形的分析,建立双曲磁极结构参数化模型。以齿槽转矩最小化和电磁转矩最大化为优化目标,采用云遗传策略(CGS)优化设计一台表贴式双曲磁极永磁电机,优化结果表明电机的齿槽转矩等各项指标都有所改善。最后,利用有限元仿真方法以及样机测试的方法进行验证,结果均证明了双曲极靴磁极结构及其优化设计方法的正确性。

基于多目标遗传算法的表贴式无轴承永磁电机优化设计

为了改善表贴式无轴承永磁电机的悬浮力和转矩的性能,提出了一种结合多目标遗传算法的响应面法,对电机结构进行优化设计。首先,构建优化目标的响应面,并得到优化目标的回归方程;其次,利用多目标遗传算法对优化目标的回归方程进行寻优,得到了理想的悬浮力、悬浮力脉动和转矩;最后,对多目标优化得出的最优结果进行有限元分析,验证了该优化算法的可行性。

表贴式永磁电机转子无铁心解析法磁场分析

在高效节能电机应用领域,电机铁心一般采用无导磁材料,即转子无铁心在电机设计时会优先考虑,但相关对其只是采用有限元法进行分析,而采用解析法分析却非常少见。针对表贴式永磁电机转子无铁心结构,通过建立电机空载场解析模型,分析表贴式永磁电机转子无铁心的充磁方式、气隙磁通密度、反电动势等参数,并利用有限元法对解析模型进行了相关验证。

表贴式永磁电机在电枢磁场作用下的定子受力计算模型

低速永磁同步电机的主要振动噪声源是定子所受的交变电磁力,由永磁磁场和电枢磁场共同作用产生。该文提出一种表贴式永磁电机在电枢磁场作用下的定子受力计算模型,以定子齿部物理边界和槽内导体为分析对象,通过二维有限元提取了定子齿部边界的磁导分布特征函数,并推导了其与电机基本电感参数间的关系。根据实际电机各相电流,应用叠加原理和Maxwell应力张量法求得电机齿部边界和槽内导体的磁通密度分布与受力分布。最后,利用二维有限元验证了所提出计算模型的正确性。

磁极优化降低表贴式永磁电机电磁振动噪声

磁极偏心距和极弧系数是表贴式永磁电机的重要设计参数,对电机电磁振动和噪声有重要影响,而现有研究主要停留在上述参数对径向电磁力波的影响,并未进一步研究如何通过上述参数削弱电机电磁振动和噪声。建立径向气隙磁密关于极弧系数和磁极偏心距的解析模型,推导出径向电磁力波解析表达式。编写电机电磁振动噪声计算程序,以一台4.2kW表贴式永磁电机为例,计算出不同极弧系数及磁极偏心距下电机电磁振动噪声值。结果表明,随着磁极偏心距增大,电机振动噪声有减小的趋势,当极弧系数为0.9左右时,电机电磁振动噪声降到最小值。有限元仿真验证了该结论的正确性。

单磁极加长降低表贴式永磁电机齿槽转矩

针对表贴式永磁电机存在的齿槽转矩问题,提出运用单磁极加长的方法来降低电机齿槽转矩。运用解析法推导出电机单磁极加长后齿槽转矩解析表达式,通过傅里叶分析,得到对电机齿槽转矩具有重要影响的变量B_(r(vz))。引入磁极加长系数η,研究如何选取η的数值削弱齿槽转矩。通过有限元仿真验证了所提方法的有效性。结果表明:通过合理选取磁极加长系数,将与齿槽转矩关键谐波分量有关的B_(r(vz))削减为零可有效降低电机齿槽转矩。

带导磁套的表贴式永磁电机磁极结构优化研究

采用导磁套的表贴式磁极结构与传统表贴式永磁电机相比,能够改善气隙磁密波形正弦性低、反电动势谐波含量高,电机谐波损耗大等问题。文中选取电机的齿槽转矩、气隙磁密谐波畸变率、反电动势谐波畸变率和气隙磁密基波幅值为优化目标,选取极弧系数、磁钢厚度、气隙、导磁套厚度、槽口宽度为优化参数。利用有限元仿真软件和Taguchi多目标优化方法进行优化设计。研究表明,该结构具有减少齿槽转矩、提高气隙磁密基波赋值,降低谐波畸变率,改善气隙磁密波形和空载反电动势波形正弦度的作用。

小型表贴式永磁电机不同护套性能差异仿真分析

提出采用玻璃纤维取代碳纤维用于小型表贴式永磁电机护套的方案,为此对一款实际生产中额定功率为11 k W、额定转速为6000 r·min^(-1)的小型表贴式永磁电机转子的保护工艺进行了研究.基于有限元法,采用Ansys软件分别对玻璃纤维无纬带和碳纤维2种护套材料进行转子结构强度和温度场仿真.结果表明,碳纤维护套的保护效果优于玻璃纤维护套,但玻璃纤维护套的散热性好于碳纤维护套,2种护套均能保证测试电机的结构安全.基于以上结果并考虑材料成本和工艺难易程度,认为采用玻璃纤维护套性价比更高.

真空泵驱动用定子表贴式永磁电机转子热性能分析

真空泵驱动电机转子不易散热可能导致转子温升过高,其热量传导至轴承会有导致轴承抱死的风险,而损耗是发热的根源,将损耗由转子侧向定子侧转移是创新思路和工程可行措施。定子永磁型电机就是适合这种损耗转移思路的电机结构,虽然其转子侧无永磁体损耗,但是转子铁心仍存在一些损耗,在电机转速和频率较高的情况下更明显。为此,以1.5 kW、9000 r/min的电机为例,对同样外形尺寸的定子表贴式永磁电机(SSPMM)和转子表贴式永磁电机(RSPMM)进行了分析,对比了转子采用不同硅钢片材料时转子侧的损耗,以及两电机转子和轴承的温升、轴承热应力和热形变情况。比较结果表明,SSPMM在较高转速和频率的情况下,当转子侧采用高性能的硅钢片材料时,转子损耗和发热量比RSPMM更小,可降低轴承抱死的风险,提高真空泵长期运行的可靠性。