基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。

高功率密度永磁同步电机永磁体涡流损耗分布规律及其影响

永磁体涡流损耗是高功率密度永磁同步电机热退磁的主要原因之一,对永磁同步电机安全、可靠运行非常重要。本文结合理论分析,使用三维有限元法对永磁体涡流损耗的产生因素及分布特性进行分析。运用涡流密度线的概念及模型,使得永磁体涡流损耗的分布更易于理解。通过将得到的永磁体涡流损耗分块平均分布数据和永磁体涡流损耗整块平均分布数据分别代入三维温度场中进行计算,并与温升实验数据进行对比分析,证明了本文得到的永磁体涡流损耗分布对准确计算永磁体局部温升最热点非常重要。为了适用于工程计算,研究了永磁体涡流损耗各个方向的分布特点对温升分布的影响,并总结出快速、简单且较为准确的永磁体局部最热点计算方法。

考虑涡流反作用的永磁体涡流损耗解析计算

推导了一种新型表面式无金属护套永磁同步电机永磁体涡流损耗解析模型,该模型同时考虑涡流反作用、开槽引起的磁导谐波和涡流分布不均匀三种因素,可以计算任意定子电流波形的表面式无金属护套永磁同步电机的永磁体涡流损耗,并能分析任意次数时空谐波产生的永磁体涡流损耗。采用所推导的解析模型研究影响永磁体涡流损耗的因素,包括调制比、载波比和气隙长度。调制比和载波比的增加减小了电流时间谐波幅值二次方和,因此降低了永磁体涡流损耗;气隙长度的增加,由于削弱了谐波电枢反应而降低了永磁体涡流损耗。通过对电机的实验分析和有限元仿真,验证了解析计算的正确性和规律的适用性。

定子槽口宽度对同步电机永磁体涡流损耗影响

采用二维时步有限元法,系统地分析变频供电条件下高功率表贴式永磁同步电机定子槽口宽度对电机漏抗、功率因素、绕组电流、气隙磁密等参数的影响,从而确定永磁同步电机(PWM)波供电下槽口宽度对永磁体涡流损耗的影响.分析表明,定子槽口宽度由6.0mm变为2.5mm,电机漏抗增加,由高直流母线电压变频供电引起的电枢纹波电流得到较好抑制,高次谐波电流得到很好过滤,气隙磁密高次谐波幅值减小,永磁体涡流损耗减小可减小近40%.同时,对两台不同槽口宽度样机进行永磁体温升试验,验证了分析方法和计算结果的正确性.

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。

永磁球形电动机永磁体涡流损耗分析

永磁球形电动机的磁极呈球面锥体结构,各定子线圈相互独立分布于定子球壳内表面,针对这些特性,提出了一种计算永磁球形电动机永磁体涡流损耗的三维解析模型。该模型将双重傅里叶级数法与矢量磁位解析法相结合,首先利用双重傅里叶级数法求得定子内径处电流密度分布,继而将其作为边界条件,借助三维拉普拉斯方程,获得了矢量磁位的特解,最后推导得到了永磁球形电动机永磁体涡流损耗的解析表达式。该模型充分考虑到了时间谐波与空间谐波对涡流损耗的影响,并分析了不同的电机结构参数对永磁体涡流损耗的影响。将解析法与有限元法所得结果进行了比较,结果一致,证明了该解析模型的有效性。

计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法

针对提高永磁电机温升计算准确性的问题,提出一种计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法。依据温度对电机内各材料属性有所影响,且永磁体涡流损耗有其特有的分布特性的事实,提出并采用计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法,以一台10 k W变频驱动永磁同步电动机为例进行实例计算,与普通未计及永磁体涡流损耗分布特性、没有使用实时热计算方法的温升计算方法对比,经在线温升测量,验证了计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法能有效提高温升计算的准确性,可使计算结果与实验结果之间的误差缩小到0.5%之内。

永磁体涡流损耗的分析

表面式永磁电机永磁体直接与气隙接触,变频供电时产生的较大含量谐波将在永磁体内产生一定的涡流损耗,且由于转子散热较差,将导致永磁体温升较高,容易造成永磁体发生不可逆去磁风险。因此对永磁体涡流损耗的研究有其必要性与重要性。文中针对影响永磁体涡流损耗较大的气隙长度、定子槽口宽度、气隙长度与槽口宽度的配合、永磁体削角等进行分析,通过合理选择电机结构尺寸来降低永磁体涡流损耗,并利用三维有限元法与解析法验证计算规律的正确性。

基于三维时步有限元的永磁体涡流损耗分析

钕铁硼永磁材料具有较大的电导率,即使电机额定转速较低时,依然能在电机永磁体中产生较大的涡流损耗,影响电机性能,因此有必要对低速大转矩永磁同步电机永磁体涡流损耗进行研究。设计5台不同极槽配合的低速大转矩表贴式永磁同步电机,采用三维时步有限元法计算5台电机的永磁体涡流损耗。针对不同极槽配合电机气隙磁密分数次谐波含量对永磁体涡流损耗的影响进行分析。结果显示,分数次谐波含量越大永磁体涡流损耗越大。

表贴式永磁发电机永磁体涡流损耗研究

永磁体涡流损耗是保证永磁同步发电机温升限度和永磁体性能的重要指标。通过设计一台表贴式外转子永磁同步发电机,利用有限元法研究了极槽配合、气隙长度、槽口宽度和极弧系数对发电机空载和负载时永磁体涡流损耗的影响,特别分析了定子电流谐波含量对永磁体涡流损耗的影响,对减小永磁体涡流损耗有一定的工程指导意义。

永磁体涡流损耗的有限元计算及影响因素分析

根据有限元方法,在一个单元电机周期内设计150个时间子步长进行精确计算,求出一对极永磁体每一子步的涡流损耗,然后求出永磁体涡流总损耗。并利用有限元软件分析了槽口尺寸、极弧因数和不同极槽配合对永磁体涡流损耗的影响。分析可知槽口尺寸、极弧因数对永磁体涡流损耗影响很大;含有偶次空间谐波的40极42槽、40极45槽永磁体涡流损耗相对较大。

分数槽永磁电机永磁体谐波涡流损耗建模与分析

准确求解分数槽永磁电机电枢磁场下的永磁体涡流损耗解析解,探究谐波涡流损耗随绕组结构的变化规律是改进绕组结构抑制涡流损耗的关键。针对此问题,该文提出四层绕组电流密度建模方法,实现对三相/双三相、双层/四层绕组结构的建模。基于现有的子域模型,将四层绕组结构的槽身区域划分为上层绕组和下层绕组区域,增加上层绕组与下层绕组交界处的边界条件,确定各子域磁场的谐波系数。通过设计瞬态电枢磁场求解程序,建立涡流损耗解析模型。以四台仅绕组结构不同的10极12槽永磁电机为例,利用有限元仿真验证了损耗模型的精确性。基于该损耗模型,探究了谐波涡流损耗随绕组相数和层数的变化规律,并使用磁动势从机理上分析该规律,为改进绕组结构抑制涡流损耗的研究方向提供一些思路。

永磁体分割降低永磁电机涡流损耗的分析和应用

永磁体分割可有效降低表贴式永磁同步电机(SPMSM)永磁体涡流损耗,且对电机性能影响最小。分析了永磁体轴向分割和圆周向分割与永磁体涡流损耗的关系,推导了SPMSM永磁体涡流损耗解析解。影响永磁体涡流损耗的因素,包括气隙磁密、齿谐波频率(转速和槽数)、齿距、永磁体电阻率和永磁体磁导率等。根据分析结果可知,永磁体圆周向分割对降低永磁体涡流损耗起主要作用,并通过试验验证了解析解的准确性。

定子无铁心轴向磁场永磁电机永磁体损耗研究

针对定子无铁心轴向磁场永磁电机在不同驱动方式下,转子永磁体损耗会使永磁体温度升高,影响电机效率等性能,由于铷铁硼较低的居里温度,严重时甚至会导致永磁体过热退磁。本文采用有限元软件仿真研究了定子无铁心轴向磁场永磁电机在正弦波与方波驱动方式下的转子永磁体涡流损耗的变化,并分析了将永磁体多次分割在不同驱动方式下永磁体涡流损耗的变化规律;在分割永磁体的同时加入屏蔽层进一步影响涡流损耗的变化情况。结果表明,"分块+屏蔽层"的方式能大大降低转子永磁体的涡流损耗。

大功率永磁同步电机转子永磁体损耗研究

针对大功率永磁电机同步电机运行时由于定子电流过大在转子永磁体中引起大量涡流损耗的问题,构建时变有限元模型,以控制器工作在不同开关频率下所测试得到的电流作为输入,分析气隙磁场畸变与控制器开关频率之间的关系,研究转子永磁体内感应电流和涡流损耗与控制器开关频率之间的关系,讨论在低开关频率下转子涡流损耗的变化情况。最后搭建台架实验通过测量电机反电势电压衰减计算永磁体的涡流损耗。实验与仿真结果表明,所构建有限元模型与台架实验取得了一致的结果。

抑制永磁体局部温升最高点的不均匀轴向分段技术

针对永磁体局部温升过高易导致永磁体局部过热退磁的问题,提出一种抑制永磁体局部温升最高点的永磁体不均匀轴向分段技术。在考虑了永磁体涡流损耗分布特性的基础上,使用迭代热计算方法,研究了未分段情况下的永磁体温升分布情况,并通过在线温升测量验证了其计算的准确性。根据永磁体涡流损耗密度计算公式和温升计算结果,给出了永磁体不均匀轴向分段技术流程图,并使用该技术来抑制永磁体局部温升最高点,使永磁体的最高温度降低了12.63℃,温差降低了2.26 K,温升分布更加均匀、合理。

表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。

高效永磁调速器的损耗计算与分析

针对高效永磁调速器各部件的电磁损耗相关问题,以一台1 MW高效永磁调速器为例,基于对损耗的理论分析和涡流场理论,建立了运动涡流场的三维有限元分析模型.利用时步有限元法,对1 MW高效永磁调速器的铜盘损耗、永磁体涡流损耗以及永磁体背衬钢盘对转矩的影响进行了详细的分析与计算.通过对1 MW高效永磁调速器的实验分析和有限元仿真,验证了分析与计算的正确性和规律的实用性.最后深入分析了分段永磁体对永磁体涡流损耗的影响,为永磁调速器的效率分析、散热设计以及损耗优化提供了理论依据.

定子无磁轭模块化轴向永磁电机磁极表面开槽分析

在永磁电机设计中,永磁体(PM)作为励磁磁源,直接影响电机性能。由于定子电流时间谐波和气隙磁场中高次空间谐波的存在,永磁体内产生的涡流损耗不容忽视,极易导致永磁体过热或不可恢复性退磁。本文提出一种减小定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗的方法,以一台10极、12槽、20k W的轴向永磁电机为例,通过对永磁体表面开槽深度、开槽方式及开槽数目的研究,利用解析法和三维有限元仿真分析不同开槽结构的永磁体涡流损耗,推导出永磁体涡流损耗等解析式。并对比带额定负载时气隙磁通密度,合理选择永磁体表面开槽方式及开槽数目。

永磁游标电机的研究及其优化

针对双极性表贴式永磁游标(SPMV)电机永磁体利用率低、涡流损耗大等问题,采用单极性转子的电机结构,并在调磁齿槽中内嵌一层极性相同的永磁体,以提高电机性能。使用Ansoft软件对双极性SPMV电机的理论推导的正确性进行验证,并对比分析了双极性SPMV电机和单极性IPMV电机,得出单极性IPMV电机永磁体利用率高、损耗小,但它的转矩下降约12 N·m,比双极性SPMV电机减小约23.1%。为提高转矩,在单极性IPMV电机的调磁齿槽中内嵌永磁体并对嵌入的永磁体厚度进行优化,得出厚度为4 mm时,转矩比双极性SPMV电机和单极性IPMV电机的分别提高约26 N·m和38 N·m,增加了约50%和95%,永磁体涡流损耗比双极性SPMV电机减小约20 W,降低了10%。