非均匀磁极盘式无铁心永磁ISG电机设计与分析

为了提高集成式起动-发电机(ISG)的输出特性,降低电机成本,利用Halbach阵列永磁体理论,结合盘式电机三层叠式绕组技术,提出非均匀极弧长度Halbach盘式无铁心永磁ISG电机。首先,分析了电机结构及特点和电磁场计算过程。其次,以电机气隙磁场分布作为设计指标,利用三维有限元分析软件对电机的永磁体极弧比例、电枢直径比、转子轭部厚度等结构参数进行参数化优选。与预估结构参数对比表明:优选后电机永磁体主副磁极比例为5∶2∶1∶2时,气隙磁密基波幅值提高了9.72%。三层叠式绕组可增加线圈有效边长度,提高气隙磁场利用率,感应电动势平均值增加了8%。

采用改进遗传算法优化LS-SVM逆系统的外转子无铁心无轴承永磁同步发电机解耦控制

为了实现外转子无铁心无轴承永磁同步发电机(outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous generator,ORC-BPMSG)的精确控制,提出一种基于改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)逆系统的解耦控制策略。首先,基于ORC-BPMSG的结构及工作原理,推导其数学模型,并分析其可逆性。其次,建立LS-SVM回归方程,并采用IGA优化LS-SVM的性能参数,从而训练得到逆系统。然后,将逆系统与原系统串接,形成伪线性系统,实现了ORC-BPMSG的线性化和解耦。最后,将提出的控制方法与传统LS-SVM逆系统控制方法进行对比仿真和实验。仿真和实验结果表明:所提出的控制策略可以较好地实现ORC-BPMSG输出电压和悬浮力、以及悬浮力之间的解耦控制。

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.

新型Halbach阵列盘式永磁电机的磁场解析

基于印制电路板(PCB)技术的盘式永磁电机(AFPMM)提出一种新型Halbach阵列的转子结构,该阵列结构简单、易于优化。运用矢量磁位法对新型转子产生的空载气隙磁密进行解析推导,获得关于气隙磁场的数学模型。基于该模型,保持永磁体总用量不变,以永磁体极弧系数比和径向长度比作为优化变量,气隙磁密基波幅值和谐波畸变率作为优化目标,确立最优转子结构参数。三维有限元仿真结果表明,解析法所得的气隙磁密波形与有限元法基本一致,验证了所提出解析模型的合理性。与传统Halbach阵列相比,新型Halbach阵列气隙磁密基波幅值提升了10.3%,同时谐波畸变率由19.8%降至4.8%,优化效果明显,可以有效降低高频工况下电机的涡流损耗、提升电机效率。最后制造一台样机进行相关实验测试,验证了解析和仿真分析的正确性,对PCB定子AFPMM的设计具有一定参考价值。

定子铁心焊缝数量及尺寸对永磁同步电机性能的影响

本文基于工程实践,首先仿真分析了焊槽尺寸形状、焊槽位置和焊槽数量对于6极54槽新能源汽车用永磁同步电机三相感应电势不平衡度的影响;其次仿真分析了在不同定子槽数和电机极数下,电机三相感应电势不平衡度的变化规律;最后进行了样机制作和测试验证。通过仿真分析和试验验证,指出了对于6极54槽新能源汽车用永磁同步电机,焊槽的宽度和深度均会影响电机的三相感应电势的不平衡度,电机的三相感应电势的不平衡度与焊槽的尺寸成正比例关系;同时还指出了对于永磁同步电机,从减小三相感应电势不平衡的角度,定子焊槽的数量不适宜选用极数的整数倍;此外还指出了电机的三相电压和电流的平衡度与电机的扭矩输出和运行效率的对应关系。

双定子盘式横向磁通永磁同步电机的原理分析与转矩脉动抑制

小型化是推动伺服电机技术进步的重要研究方向。通过研究提出具有转矩密度高、空间设计灵活优势的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机,实现电机设计的高度集成化,减小电机驱动系统体积。设计一台额定功率5.4 kW、额定转速3 000 r/min的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机,分析电机的主要电磁性能。为减小电机转矩脉动,提出齿极设计参数优化以及不对称定子盘结构两种手段,进一步研究不对称定子盘结构对电机转子结构强度的影响。实验验证了该电机的可行性以及主要性能参数。

新型盘式横向磁通永磁风力发电机参数设计研究

横向磁通永磁发电机具有高功率、转矩密度、低速性能、电磁负荷独立设置的特点,适用于小型直驱风力发电应用。本文提出一种新型盘式横向磁通永磁发电机,该电机定子铁心采用软磁复合材料与叠片硅钢材料制成,能够降低低频损耗,减小漏磁及转矩脉动,而且电机还具有低的轴向长度,能够提高其空间利用率,使其适用于小型风力发电系统。本文首先详细介绍了该种发电机的结构,并对其进行了电磁设计;然后,对部分重要结构参数进行优化,进一步减少该电机的漏磁,提高电机运行效率;最后,利用三维电磁场有限元方法对优化后的电机进行空载与负载下的仿真运算,进一步验证了电机性能的优越性。

中速磁浮无铁心永磁直线同步电机的结构优化

中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组沿轨道长距离铺设,使电机效率进一步降低。为了提高电机性能,在IPMLSM基本结构的基础上,提出一种新型永磁体装配结构,可提升电机推力密度;并根据长定子IPMLSM绕组的特点,优化绕组导体截面,获得适用于中速磁浮列车IPMLSM定子绕组导体的宽与高之比,进一步提升电机的推力密度。最后,制作IPMLSM小型样机实验装置,对比实验结果验证了所提改进结构的优越性。

基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机优化设计——楔形气隙结构电机

从优化结构角度出发,提出基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机,该类电机具有效率高、重量轻、噪声低、结构简单等优点,通过改变气隙结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机的气隙磁密,达到提高电机性能的目的。利用FEM方法对16极盘式永磁同步电机进行建模,选取不同的空气罩尺寸来分析比较,确定适合的求解域,进而对均匀气隙与楔形气隙两种结构进行了静态气隙磁场分析比较。实验结果表明,样机出力由均匀气隙结构200W提高至楔形气隙结构的250W,效率由91.8%升高到92.4%,功率因数由0.985提高到0.993,优化设计达到了目的。

基于HALBACH阵列的永磁同步盘式无铁心电机磁钢设计

介绍了永磁体的一种新型排列方式—Halbach阵列。在此阵列的基础上,以每极主磁通和气隙磁场波形为研究对象,通过磁场分析确定永磁同步盘式无铁心电机的最佳磁钢结构尺寸。

盘式无铁心永磁同步电机矢量控制技术分析

盘式无铁心永磁同步电机的定、转子均为无铁心结构,在同等输出功率和转矩条件下,电机重量较轻,并具有过载能力强、无齿槽转矩、气隙磁场分布正弦性好、电枢反应小、参数线性等优点。作为电动机应用时,特别适合对电机体积有特殊要求且低速性能好、响应速度快、过载能力强的场合。同样,因为无铁心结构,电机定子绕组电感很小,很小的电感导致通以绕组内的电流不连续,从而产生电磁转矩脉动。该文提出一种电机外部串电感的方法,增大定子绕组回路的电感值,设计了基于转子磁场定向的盘式无铁心永磁同步电机调速驱动系统。仿真和实验结果证实了控制方法的有效性,电机转速平稳且无静差,超调量小;能够获得较大启动转矩,响应速度快。

基于正交试验法的盘式无铁心永磁同步发电机优化设计

阐述了正交试验法的基本原理,建立了盘式无铁心永磁同步发电机优化设计的数学模型,并在优选磁极形状的基础上采用正交试验法配置磁极外径、极弧系数和磁极厚度与气隙长度的比值等,以提高平均气隙磁通密度、降低漏磁系数。电磁场有限元仿真结果表明优化后电机的平均气隙磁通密度增加28.3%,漏磁系数减小5.42%,验证了正交试验法用于盘式无铁心永磁同步发电机优化设计的可行性。

基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电机设计研究

介绍一种基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机。电机采用单元电机组合式的结构型式。电枢无铁心、重量轻、噪声小、效率高。介绍了电机基本设计规则,并对其关键工艺进行研究,最后给出了样机的有关参数。

新型盘式横向磁通永磁风力发电机的设计与分析

横向磁通永磁电机具有电及磁负荷解耦、功率密度转矩密度高的优点,极适合低速直驱场合。本文基于小型风力发电提出一种新型盘式横向磁通永磁发电机,由于采用了软磁复合材料与叠片硅钢材料组合定子铁心盘式结构,电机在具有横向磁通电机优良性能的基础上,还具有低的轴向长度和很低的漏磁和较高的运行效率。本文首先介绍了该电机的结构和原理,并给出了尺寸方程的推导公式,基于此,利用三维电磁场有限元方法分析了该电机空载状态下的气隙磁密、磁链、空载反电势波形及负载输出转矩波形。最后,根据理论计算,设计研制了一台盘式横向磁通永磁发电机样机,并进行了初步试验,进一步验证了电机性能的优越性。

梯形永磁体盘式无铁心电机的设计与研究

针对永磁盘式无铁心同步电机的轴向磁场结构,在现有Halbach永磁阵列的基础上,提出一种梯形结构永磁体阵列。详细阐述该电机的结构与优点,利用有限元方法研究了不同梯形结构永磁体阵列对气隙磁密的影响,根据气隙磁场中的谐波含量及空载反电势畸变率选取最优转子结构。该结构在保证与传统结构永磁体材料用量相当的前提下,有效提高气隙磁密的基波,降低谐波含量。由于轴向磁场结构的特殊性,给出该电机的设计规则,如磁极尺寸和导体占空比的确定。计算了电机在负载工况下不同定子电流对交直轴电感的影响,为该类电机的设计提供了一定的参考价值。

转子无铁心式直流永磁盘式电机的磁场和解析解分析与优化设计

本文分别采用有限元和近似解析方法对不同结构的转子无铁心式轴向磁场直流永磁盘式电机的磁场进行计算，并以漏磁系数和每极主磁通量为目标函数确定电机的最佳结构尺寸。在此基础上，以电机效率和输出功率为约束进行电机的电磁优化设计，进而设计出无铁心式最薄盘式转子。分析设计方法的实用性和可靠性已由产品抽样试验结果证实。

盘式无铁心永磁同步发电机3D电磁场分析

针对盘式无铁心永磁同步风力发电机结构的特殊性及其电磁场分布的复杂性,采用电磁场有限元分析软件MagNet对一台样机进行了3D建模;设置了求解所需的边界条件;利用静态求解器得到了磁场分布规律;通过动态求解器计算了不同转速下的空载电压,并绘制了样机的空载特性曲线;最后通过空载试验验证了仿真模型的合理性及计算方法的正确性。

无铁心HALBACH阵列对盘式永磁同步电机控制性能的影响

从对无铁心绕组及Halbach阵列永磁磁钢自身性能特点的分析出发,分析了无铁心Halbach阵列对永磁同步电机控制性能的影响,并与传统永磁同步电机进行了对比分析。

软磁复合材料-Si钢组合铁心盘式横向磁通永磁无刷电机

盘式横向磁通电机(DTFM)因其电磁负荷相互解耦,功率密度高,轴向长度短,具有很好的应用前景。基于DTFM的原理特点以及软磁复合材料(SMC)和叠片硅钢材料(Si-Steel)两者间铁磁性能的互补性,提出SMC和Si-Steel组合(SMC-Si)铁心DTFM,以进一步提高DTFM的性能。该文首先给出SMC-Si铁心DTFM的结构原理;其次采用三维电磁场有限元方法,通过对比分析SMC-Si铁心DTFM、SMC铁心DTFM及Si-Steel铁心DTFM,验证三者间的性能差异以及SMC-Si铁心DTFM的性能优越性;然后,对SMC-Si铁心DTFM的齿槽转矩削弱进行研究;最后试制了一台SMC-Si铁心DTFM样机电机,并进行了试验研究。

实心转子铁心式永磁游标电机涡流损耗抑制研究

针对实心转子铁心式永磁游标电机在运行过程中,转子铁心产生的涡流损耗远大于常规永磁电机的问题,对实心钢转子铁心中的涡流损耗产生机理进行了研究,并提出一种能够有效减小其涡流损耗的转子结构。首先,从永磁游标电机(VPM)的磁场特性和涡流损耗产生机理出发,对比了采用实心钢转子铁心的传统永磁电机和VPM电机,得出VPM电机具有更大的转子涡流损耗,并分析了其产生原因;随后,提出一种转子开槽的新型VPM电机结构,该结构可以在保证电机转矩基本不变的情况下,大幅减小转子涡流损耗;最后,通过三维有限元计算,验证了所提结构的有效性。结果表明:实心转子铁心式VPM电机的转子铁心涡流损耗是传统永磁电机的26.85倍;采用文中所提的电机结构,可以在输出转矩下降不到5%的情况下,转子涡流损耗减小达到67.2%。研究结果可为VPM电机的工业应用和推广提供参考。