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。

新型盘式横向磁通永磁无刷电机的变网络等效磁路模型

针对所提出的新型盘式横向磁通永磁无刷电机的磁路特殊性,建立了简化的变网络等效磁路模型。基于该磁网络模型,无需求解节点方程组,便可直接得到定子绕组磁链,并由此计算了电机空载时永磁相电动势波形及负载时电磁转矩波形。将这些解析计算结果与样机电机的3-D FEM计算结果及试验结果进行了比较,验证了所建立的变网络等效磁路模型及由此进行电机性能计算方法的正确性。

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦,且各相之间相互解耦,易于实现模块化和多相化,因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先,该文基于磁场调制原理,对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算,得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量,在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算,得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响;然后,考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题,揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响,并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力,定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响;最后,为避免共振,利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析,结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低,不会引起初级的共振,适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

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。

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。

一种新型横向磁通永磁电动机的仿真研究

新能源汽车在我国当前的迅猛发展对其驱动电机技术提出了更高的功率与转矩密度要求。文章在分析了现有横向磁通电机和定子永磁型电机的基础上,提出了一种新型的横向磁通永磁电动机的仿真设计,该电机的永磁体和电枢绕组均在定子上,而转子由若干个简单的C型铁芯对称构成。基于电机的结构分析了该电机的工作原理,推导了电机功率与主要尺寸之间关系式,进而得到了功率和转矩密度表达式,并以1kW样机为例,利用有限元法仿真分析了该电机的永磁磁场分布、磁链变化规律和反电动势波形,分析表明绕组匝链的磁通呈现出双极性变化和反电动势波形近似为正弦,为下一步的优化设计和实际样机制造奠定基础。

基于电感扰动的三相横向磁通永磁电机参数辨识与估算位置偏差修正

三相横向磁通永磁电机采用无位置传感器控制时,和永磁同步电机类似,位置偏差主要受到模型参数误差以及逆变器非线性等因素影响。该文依据估计直轴电流为0时的位置偏差方程,提出一种稳态工况下注入电感扰动的参数辨识方法以修正位置误差。该方法通过对观测器所用电感值施加扰动,构建非线性方程组,采用列文伯格-马夸特法求解,实现电感及永磁体磁链的准确辨识,并将辨识结果应用到观测器中,从而改善了无位置传感器运行的位置精度。仿真与实验结果验证了该方法的可行性与有效性。

多层绕组盘式横向磁通电机及建模分析

针对低速大转矩用盘式横向磁通电机中存在的C型定子结构不稳定,电机尺寸过大和生产效率低,U型定子和E型定子槽满率低、转矩密度小等问题,提出一种将绕组绕制在U型定子铁心两端的多层绕组盘式横向磁通电机拓扑结构。介绍了电机的结构和原理,并建立该电机基于磁阻的三维等效磁网络模型。在考虑永磁体空间漏磁的情况下,对主磁通进行计算并推导了空载磁链、空载反电动势和主要尺寸的关系。通过与双层绕组盘式横向磁通电机齿槽转矩、转矩密度和功率因数三维有限元结果的对比研究,分析所提出电机结构的优越性和有效性。试制出一台样机并进行空载反电动势的实验测试,通过仿真和实验测试的结果对比,验证该建模分析方法的准确性。性。

新型盘式横向磁通永磁电机及其空载电动势波形的解析计算

盘式横向磁通永磁电机具有横向磁通永磁电机和盘式永磁电机的综合优势。本文提出一种新型盘式横向磁通永磁电机,首先给出了该电机的原理结构及优越性;然后将其转子盘沿径向等分成若干单元,并基于转子盘磁体的体积积分,求得定子相绕组的永磁磁链,进而求得该种电机空载电动势波形的解析表达式;最后通过三维电磁场有限元方法和样机实验方法验证了所给出理论解析计算的正确性。

各向异性横向磁通永磁直线电机穿片漏磁分析

由于磁通三维分布结构特点,横向磁通永磁直线电机(Transverse Flux Permanent Magnet Linear Machine,TFPMLM)存在特殊的穿片漏磁。为提高等效磁路法计算精度,TFPMLM轴向漏磁的准确计算十分必要。本文结合TFPMLM磁通路径特点对穿片漏磁形成机理进行分析,推导轴向叠片各向异性穿片漏磁通解析表达式,并研究穿片漏磁与叠压系数、极弧长等电机参数之间的关系。采用有限元分析和实验验证TFPMLM轴向穿片漏磁计算方法的正确性和准确性。研究结果为横向磁通永磁直线振荡发电机设计提供了理论依据。

一种新型双C型定子横向磁通永磁发电机

横向磁通永磁电机以电负荷和磁负荷在空间上相互解耦,能获得较高的功率密度而闻名。因其同时具有低速、大转矩及多极数的优点而适用于直驱风力发电系统。与传统横向磁通永磁发电机相比,该文提出的新型双C型定子聚磁式转子的横向磁通永磁发电机空间利用率得到明显提高。对发电机的基本结构和运行原理作了详细的描述。为了验证双C型结构在原理上的可行性,采用三维有限元分析计算了空载磁场分布,对其静态特性和瞬态特性包括磁通密度、电枢反电势,以及电枢自感波形进行了研究,对发电机的齿槽转矩也进行了分析。结果表明,双C型定子结构可以显著提高横向磁通永磁发电机的功率密度。最后设计研制了一台三相1 k W样机,并进行了实验,实验结果与理论分析基本一致。

定子叠片式外转子横向磁通永磁电机设计

横向磁通永磁电机具有较传统永磁电机更高的转矩密度,但其存在漏磁与齿槽转矩大等不足。为了实现兼顾抑制其漏磁和齿槽转矩的研究目标,论文开展定子叠片式外转子横向磁通永磁电机的设计研究,首先介绍建议的外转子横向磁通永磁电机拓扑结构并建立其三维有限元仿真分析模型;然后通过在永磁体周向设置间隙和定子间设置辅助定子相结合,并对永磁体周向间隙和辅助定子进行优化的措施,确定定子叠片式外转子横向磁通永磁电机设计方案。最后,加工制造了样机,通过样机的实验测试证实设计方案的合理有效性。

新型横向磁通永磁电机不同控制策略的对比实验

针对一种拟应用于电动汽车轮毂式直驱系统的新型横向磁通永磁电机进行了综合实验研究,以探索有效的控制方式。首先按照惯例探讨了永磁同步运行模式,发现常规U/f=C控制时的功率因数和效率均偏低,进而测定基于电压与电流控制规律的V形曲线,发现Id=0控制能使电机效率提高,但功率因数依然随负载增大而降低。为此,进一步探讨了基于Id=0的无刷直流驱动模式,发现正常换相时效率和过载能力仍然不够理想,但采用提前换相方式后改进效果十分明显,由此测定了最佳提前换相角与负载转矩的关系曲线,奠定了工业应用基础。

热声横向磁通永磁直线电机结构及运行特性分析

以热声发电系统的运行特性为基础,采用轴向叠片结构的横向磁通永磁直线电机能量转换装置,横向磁通永磁直线电机次级铁心上加装永磁体,横向及轴向相邻永磁体极性相反。通过有限元分析可知,电机的主磁通通过次级永磁体经由气隙-初级铁心进入相邻的横向永磁体构成磁回路,磁回路平面与电机运行方向正交。在行程小于1.5τaxial的合理行程范围内,沿轴向各处的径向气隙磁感应强度呈现准方波形式,气隙磁感应强度幅值为0.78T,在频率为110Hz,幅值为4.71m/s的正弦速度运行状态下,输出电压幅值为137V,基波含量达95.7%,证明横向磁通永磁直线电机适用于热声发电系统这类高频短行程往复振荡运行工况。

变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机损耗

作为一种新型的圆筒型直线电机,横向磁通圆筒型永磁直线电机与传统永磁直线电机相比,定子齿槽与电枢绕组空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,易于实现高力密度,在高推力密度领域具有广泛的应用前景。本文针对在变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机的铜耗、定子铁心损耗以及动子侧永磁体内涡流损耗展开研究。首先,研究电机按正弦规律往复运动即推力正弦变化时的铜耗计算方法。其次,计算其在变速往复周期运动模式下的定子铁心损耗,为了验证计算方法的准确性,设计了铁心损耗测试方法,并对测试结果和计算结果进行了对比分析。最后,计算其在变速往复周期运动模式下的永磁体内涡流损耗。

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种新型聚磁型无源转子横向磁通永磁电机。首先分析了该电机的基本结构和运行原理,借鉴永磁同步电机的成熟理论方程推导了该电机的电磁设计公式,并给出了相应的优化流程图。采用三维有限元方法分析了电机的磁场分布,给出了空载反电势、相电感及其齿槽转矩波形。该电机的气隙磁密比传统横向磁通永磁电机高,采用聚磁型结构提高了永磁体的利用率。漏磁严重使得横向磁通永磁电机的相绕组自感比较大,通过仿真分析了电枢反应对电机的影响。

横向磁通开关磁链永磁直线电机的拓扑结构研究

横向磁通开关磁链永磁直线电机的磁通路径与电枢绕组中的电流在空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,从而使其力密度得到提高.针对横向磁通开关磁链永磁直线电机,本文阐述了横向磁通永磁直线电机的磁路结构和工作原理,提出了几种拓扑结构.通过有限元数值计算分析并对比了不同拓扑结构电机的气隙磁场分布、绕组磁链、反电势等特性曲线,为确定最佳拓扑结构奠定了基础.

双C型定子横向磁通永磁电机的优化设计

介绍了一种新型横向磁通永磁电机的工作原理,并分析了电机的结构特点。通过Maxwell软件建立该横向磁通永磁电机的三维有限元模型,并对电机在运行状态下的电磁分布进行仿真,计算永磁体涡流损耗平均值。仿真结果显示,定子与转子间气隙存在明显的漏磁现象,对定子形状进行改进来减小漏磁,并通过计算表明,改进后电磁转矩增大了27.3%;对永磁体涡流损耗进行了分析,提出在转子内侧添加铜层来减小永磁体涡流损耗的方法,并通过设置变量计算出该方案的最佳铜层厚度。

高速盘式无铁芯永磁无刷电机控制系统研究

叙述了高速盘式无铁芯永磁电机控制原理及控制系统的设计思想,根据盘式电机用于高速吸尘器的实际要求,设计了效率高、体积小、重量轻、价格低廉的控制装置。