基于保角变换与等效磁路法的永磁直驱发电机气隙磁场计算

该文开展了负载工况下永磁直驱发电机气隙磁场研究。基于精确域求解和保角变换,计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势;采用离散线电流元,定量模拟发电机定转子局部出现的磁饱和现象;基于考虑几何尺寸的定转子非线性磁阻计算方法,建立包含发电机定转子结构以及气隙长度的等效磁路,给出相应的迭代求解流程。以实际在役兆瓦级永磁直驱风力发电机为对象,计算考虑齿槽效应的气隙磁场分布,分析了空载和负载工况下磁饱和效应对气隙磁场分布曲线波形和谐波成分的影响,并与有限元计算结果对比,验证了所提出的分析模型和求解方法的有效性。

三轴环板式永磁齿轮气隙磁场及转矩计算

利用标量磁位法获得了三轴环板式永磁齿轮(Triple-shaft Ring-plate Magnet Gear,TRMG)的气隙磁场数理模型,根据磁场叠加原理建立了内、外永磁圈间气隙磁场及其相应的电磁转矩模型;由于所有计算均基于TRMG的平面磁场建立,因此,所建模型与二维有限元结果间具有较高的准确度(误差≤5%);其计算速度远快于三维有限元法,且与二维及三维有限元分析具有较好的吻合度与趋势性,验证了所建模型的准确性,可适用于三轴以上的多轴环板式永磁齿轮的磁场分析与结构动力学计算。

内电混合动力包用永磁齿轮复合发电机特性研究

基于内电混合动力包永磁发电机的技术要求,对永磁齿轮复合发电机(PMGCG)的磁路进行分析,并对气隙磁场进行有限元计算,初步建立PMGCG模型。利用ANSYS软件对PMGCG的特性进行仿真分析,对PMGCG三种起动方式及三种加载方式进行研究,获得了相应的特性曲线,从中选择出波幅最小、稳定性最高的起动加载方式。对PMGCG的损耗进行仿真分析,获得主要损耗曲线,并对PMGCG进行优化,优化后的PMGCG磁滞损耗降低了48.9%。

双定子轴向磁场永磁同步风力发电机的设计

研究表明:如果电机的极数足够多,轴向长度与外径的比率足够小的话,轴向磁场电机比传统径向磁场电机的转矩和功率密度大.轴向磁场电机的缺点是电枢铁心制造比较困难.为此本文提出一种新的结构方案,用软磁复合材料形成定子的齿部,再与带冲叠片形成的铁心轭部结合起来形成定子铁心,并且使用集中绕组.然后对这种新型轴向磁场电机进行了电磁设计,并用Ansoft有限元法对电机的磁场进行了仿真.结果表明:通过合理地选择主要尺寸和极数/槽数比,可以获得正弦波的电动势波形和较小的齿槽转矩.

风速突变工况下永磁风力发电机静态偏心磁场分析

为了研究风速突然变化对永磁风力发电机主轴的电磁力作用,特别是在已发生一定的主轴偏心的情况下风速突变对主轴的影响,利用数学表达式和仿真对气隙磁场进行了计算和分析。根据发电机气隙偏心故障时气隙磁场变化的特点,计算气隙磁导和磁场密度,并利用ANSOFT MAXWELL软件建立永磁风力发电机的二维模型,分析电流变化引起的电磁力及其对主轴的作用。仿真结果表明:风速突变引起的电流变化影响永磁风力发电机气隙磁密。转子偏心使发电机转子产生沿偏心方向的磁拉力,风速突变时转子收到的不平衡磁拉力比正常风速运行更大。

磁力齿轮永磁同步电机齿槽转矩分析

针对磁力齿轮永磁同步电机转矩波动较大的问题,分析影响齿槽转矩的因素,提出了永磁体和调磁块的合理配置能有效抑制齿槽转矩的方法。首先,简述所设计电机的工作原理并给定初始参数。其次,采用解析法得出空载气隙磁密分布,并通过有限元仿真验证理论分析的正确性。最后,参考传统永磁电机削弱齿槽转矩方法,设计两种传动方案,研究永磁体极数和调磁块数的最小公倍数对齿槽转矩周期数的影响,表明增大最小公倍数可有效降低两个转子齿槽转矩幅值。

径向-轴向复合气隙外转子永磁电动机的新型磁路研究

基于永磁材料本身磁导率低的特点,通过变换铁心结构获得低磁阻磁路,达到提高外转子永磁电动机功率密度的目标。运用Magnet软件对现有表贴式永磁电动机磁路进行静磁场分析,验证了相邻永磁体互为对方磁路中的大磁阻及漏磁大的缺陷。通过比较永磁材料、铁心材料和空气的磁导率特性,创新设计了一款径向-轴向复合气隙磁路的外转子永磁电动机。用Magnet软件对创新结构进行了对比静态磁场仿真,将气隙处的磁通量密度显著提高了20%。该结构如获得应用,则能提高外转子永磁电动机的功率密度,且能实现外转子永磁电动机目标应用对象的轻量化。

调制式永磁齿轮气隙磁场及转矩分析计算

针对有限元法(Finite element method,FEM)计算调制式永磁齿轮的气隙磁场及转矩时,计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长等缺点,采用'场'、'路'结合的分析方法,建立适于计算机建模的气隙磁场及转矩的数学解析模型。根据恒定磁场中的标量磁位理论,通过求解不同边界条件下的微分方程,获得调制式永磁齿轮中高速永磁圈在无调磁环状况下的气隙磁场数理模型;将引入调磁环后所产生的调制效应表示为等效磁路中的气隙磁导,进而获得调制函数,并以此建立高速永磁圈在有调磁环状况下的气隙磁场数理模型;再将低速永磁圈中的永磁体等效为电流模型,并根据电流在磁场中所受的洛仑兹力进行转矩建模。经算例计算表明,所建模型与FEM计算精度相当,但速度更快,且适于计算机程序化,易于实现调制式永磁齿轮的结构参数分析与优化。

组合励磁稀土永磁同步发电机的基本原理和设计方法

本文介绍了一种能解决永磁发电机电压调节问题的新型发电机——组合励磁稀土永磁同步发电机 ,这种发电机由两部分组成 ,主发电机部分和一般的永磁发电机相同 ,而辅助调节电压的部分类似于电励磁发电机 ,两部分共有一套电枢绕组。本文讨论了这种发电机的基本结构、基本原理和设计原则 ,建立了数学计算模型并研制了样机进行实验分析 。

稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的设计

研究稀土永磁凸极同步发电机气隙磁场的特点。结合典型规格样机的实测空载气隙磁场波形和电压波形正弦性畸变率,阐述稀土永磁凸极同步发电机极靴的形状对空载气隙磁场的波形、电压波形正弦性畸变率以及稳态电压调整率的影响。均匀气隙磁极极靴与非均匀气隙磁极极靴的不同设计方案。

稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的设计

研究稀土永磁凸极同步发电机气隙磁场的特点,结合典型规格样机的实测空载气隙磁场波形和电压波形正弦性畸变率,阐述稀土永磁凸极同步发电机极靴的形状对空载气隙磁场的波形、电压波形正弦性畸变率以及稳态电压调整率的影响,探讨稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的设计。

车载永磁发电机的研制

介绍了一种新型车载永磁发电机的研制过程。该电机和发动机形成一体,其设计方法有别于常规的发电机。采用电磁场的计算方法,根据静态气隙磁场分布状态调整该电机结构参数;用实际运行状态进行仿真,计算全调速范围内的输出特性,为HEV(混合动力汽车)的动力供应策略选择提供其输出能力Map图。

全分瓣式永磁风力发电机不同绕组形式分瓣方法分析

针对全分瓣式永磁直驱风力发电机不同绕组形式分瓣方法展开分析,分别阐述了单层链式绕组、齿绕式绕组、空槽绕组及不等跨距绕组的分瓣原则。以一款4.5 MW永磁直驱风力发电机为例,分别利用以上分瓣方法对发电机进行设计与仿真分析,在保证其力能指标满足要求的条件下,着重对气隙磁场谐波与反电势谐波展开分析,对比不同绕组分瓣方式差异性,为全分瓣发电机的设计提供参考与依据。

基于磁齿轮调制的复合电机有限元分析

为了降低机械损耗,获得高转矩密度电机,研究了一种磁齿轮复合电机,该电机充分利用磁场调制型磁齿轮内部空间,将磁场调制型磁齿轮和永磁电机复合在一起。利用有限元软件建立磁齿轮复合电机二维有限元模型,分析了电机磁力线分布、气隙磁密及对应的傅里叶分析、感应电动势、稳态运行转矩、齿槽转矩等特性。仿真结果表明,此类复合电机磁力线分布均匀,气隙磁密对应的最大谐波次数符合设计要求,三相反电动势对称性好,内外转子转矩比与传动比一致,齿槽转矩较小。与传统永磁电机相比此类电机有很好的转矩传输比和较高的转矩密度,具有很好的应用前景。

基于子域法的双励磁双调制轴向式磁场调制永磁齿轮磁场分析

轴向式磁场调制永磁齿轮(AFMPMG)存在轴向及切向漏磁严重及转矩密度偏低等问题。在AFMPMG基础上引入了一个外调磁环,使之构成一种双励磁、双调制的AFMPMG(DEM-AFMPMG)结构,由于DEM-AFMPMG低速永磁转子夹在内、外两个调磁环之间,因此可将AFMPMG轴向及切向漏磁通转化成有用谐波,从而增大DEM-AFMPMG输出转矩及转矩密度。虽然3D有限元法计及了永磁齿轮端部漏磁,具有计算精度高等优点,但同时也使计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长,针对此,提出了一种基于子域法的计算DEM-AFMPMG气隙磁场及电磁转矩数学模型,该方法可将3D模型等效为2D模型,但包括了3D模型的所有因素。算例计算结果表明,基于子域法模型的计算精度与3D有限元法的计算精度相当(气隙磁通密度及电磁转矩的计算误差均不大于5%,转矩密度的计算误差不大于1.5%),但子域法模型计算速度更快,且易于实现计算机程序化,更有利于DEM-AFMPMG的结构参数分析与优化。

基于Halbach双摆线永磁齿轮设计与参数分析

设计出一种基于Halbach充磁阵列的双摆线式永磁齿轮(Double cycloid permanent magnetic gear,DCPMG)。给出了DCPMG运行机理和初步参数的设计计算方法,通过空间电磁谐波法建立了传动比的计算模型;并通过等效电流法和麦克斯韦张量法给出了内、外层气隙的电磁转矩表达式;基于Ansoft Maxwell 2D建立了DCPMG的有限元模型,并据此验证了初选模型的正确性;通过控制变量法对DCPMG气隙长度、偏心距、轭铁厚度及永磁体厚度进行了仿真优化。结果表明,优化后的DCPMG转矩密度可达353 kN·m/m^(3),较初选模型提升了约10%。

基于笼型转子的同心式永磁齿轮研究

基于同心式永磁齿轮(Concentric Permanent Magnetic Gear,CPMG)的运行机理,提出了一种新型磁齿轮结构,即基于异步电机鼠笼转子的FMPMG结构.利用内、外参考圆周,分析了所提结构的气隙磁密波形及其频谱图,认为这种新型结构可与传统的FMPMG等效;采用Ansoft电磁仿真软件,得到转速及转矩曲线,验证了所提结构的正确性.

磁场调制式永磁齿轮气隙磁密数理模型建立及其运行机理分析

针对磁场调制式永磁齿轮(FMPMG)的气隙磁密理论推导不完善,无法深刻揭示出FMPMG内在运行机理等问题,基于永磁电机气隙磁密及其单边有槽气隙磁导的计算方法,对FMPMG气隙磁场进行了理论分析与系统建模;认为调磁环对内、外转子所产生的调制作用是FMPMG正确运行的基础,其对一个永磁体转子所产生的调制谐波必须与另一个永磁转子的基波相匹配,才能使FMPMG按一定的传动比输出转速与转矩,且调磁环的调制作用取决于永磁体的磁极对数:磁极对数越多,其调制作用越明显;反之,则并不明显。