高速永磁同步电动机转子涡流损耗优化

针对高速永磁同步电动机转子上涡流损耗较大的问题,提出了一种结合护套分层结构与护套之间加装铜屏蔽层的优化方法。首先,分析涡流损耗的产生机理以及对护套分层的理论解析,通过有限元仿真验证得出护套分层结构可减少护套厚度,达到降低损耗的目的。其次,在护套分层结构的基础上,进一步仿真分析铜屏蔽层对涡流损耗的抑制效果,并确定铜屏蔽层的最佳厚度。最后,对优化前后转子涡流损耗、电动机主要性能参数进行对比,较优化前,转子涡流损耗下降了59.8%,气隙磁密、空载反电势基本不变。研究表明:该优化方法能够有效地削减转子上的涡流损耗,且对电动机性能基本不会产生影响。

永磁同步电机转子涡流损耗计算的实验验证方法

表贴式永磁同步电机转子涡流损耗的计算受到很多学者的关注。但由于转子涡流损耗测量困难,目前还没有一种准确的实验验证方法。本文提出一种能分离出电机基本损耗、高频铜损和高频铁损的实验验证方法,对该验证方法的原理和实施方法进行了分析,并以一高速永磁同步电机的转子损耗测试为例,对永磁同步电机的高频损耗进行了测试和分析。实验结果表明,该验证方法能准确反映转子涡流损耗规律。

转子结构对高速无刷电机转子涡流损耗的影响

针对转子涡流损耗在高速电机中比较严重的问题,通过有限元分析研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响.分析表明:当永磁体周向宽度小于谐波磁场在永磁体中的透入深度时,永磁体分块能有效地减小永磁体中的涡流损耗;反之,永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加.利用涡流磁场的屏蔽作用,在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜片.尽管铜片中会产生涡流损耗,但该涡流产生的磁场抵消了气隙磁场的谐波分量,使永磁体、转子铁心以及保护环中的损耗显著减小,整体上降低了转子涡流损耗.

高速感应电机转子涡流损耗的计算方法及影响因素

结合解析法和二维涡流场有限元法,提出一种计算大型高速感应电机转子涡流损耗的半解析法,利用二维涡流场有限元法计算转子表面磁密,并在此基础上基于麦克斯韦方程组详细地推导出了解析公式。以一台兆瓦级高速感应电机为例,将半解析法与二维瞬态有限元法的计算结果进行对比,结果满足工程实践的精度要求。此外,采用半解析法研究转子材料和转子结构对转子涡流损耗的影响,结果表明:转子材料的相对磁导率越高、电导率越低,转子涡流损耗越小,端部有端环结构能降低转子的涡流损耗。

高转矩密度转子磁分路混合励磁电机转子涡流损耗及散热优化

转子磁分路混合励磁电机转子通常采用实心磁极的结构,导致其转子涡流损耗大、转子温度高,限制了其转矩密度及效率的进一步提升。从降低转子磁分路混合励磁电机的转子涡流损耗及温升两个角度出发,首先分析永磁体分段与模块化转子结构对转子涡流损耗的影响规律,并进行优化设计;在此基础上,根据传热学基本理论,构建电机的三维稳态温度场计算模型,揭示了不同运行工况下电机的温度分布规律,提出一种机壳水冷和端盖水冷相结合的多水道冷却散热方法。结果表明,在峰值转速运行工况下,新型散热方法使得转子实心磁极的最高温升从175℃降低至136℃,进一步提升电机的输出能力及可靠性。最后,对100kW转子磁分路混合励磁电机样机进行效率与温升实验,实验验证了理论计算和所提方法的正确性和有效性。

高速永磁电机的转子涡流损耗分析

在高速永磁电机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁。针对高速永磁电机中的转子涡流损耗问题,进行了解析分析和有限元计算,分析了产生转子涡流损耗的谐波来源,研究了不同定转子结构电机的转子涡流损耗,分析了定子槽数、槽口宽度、气隙长度、屏蔽层、定子齿开辅助槽对转子涡流损耗的影响。结果表明,增加定子槽数、减小槽口宽度、增加气隙长度可以减小转子涡流损耗;在护套和永磁体中间加一层高电导率屏蔽层能有效减小永磁体的涡流,且选择合适的屏蔽层厚度能够进一步减小转子涡流损耗;提出了使用合适宽度、深度、角度和槽型的辅助槽来减小转子涡流损耗、帮助电机散热的新方法。对高速永磁电机的研制具有重要的理论研究和工程应用价值。

PWM调制对无刷直流电机转子涡流损耗的影响

针对无刷直流电机在PWM调制下转子涡流损耗问题,由于在空间上,运动的转子切割电枢磁场会感应出电动势;在时间上,PWM引起的电枢磁动势变化及电机齿槽磁通密度变化也会在转子上感应出电动势,所以文中将这3种转子上感应电动势分别定义为运动电动势、感应电动势和齿槽电动势。在不考虑涡流反应的前提下,对11kW无刷直流电机在典型工作点选择最大曲面和最大闭合曲线分别计算运动电动势和感应电动势并分析,得到时间感应电动势远大于空间运动电动势(齿槽电动势未计),并且得到PWM占空比等于50%时,时间感应电动势达到最大。通过设计多组电机对拖加载温升实验,分离出三种涡流电动势对应的转子温升,实验结果验证了所提出的观点。

高速大功率永磁同步电机转子涡流损耗分析

针对抑制在谐波磁场作用下高速大功率永磁同步电机(PMSM)产生转子涡流损耗的问题,开展了削弱转子涡流损耗具体方法的研究,采用"时步"有限元法分析了电机定子槽口宽度、气隙长度、转子保护套材料和厚度等对转子涡流损耗的影响规律;研究了不同保护套材料下转子应力分布。结合转子机械安全性、绕组嵌线工艺性、制造成本等因素,提出了通过优化结构参数抑制转子涡流损耗的具体策略。结果表明:优化方案可大幅度降低转子涡流损耗,且电机优势性能并未被削弱。

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15 kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。

提高永磁体电阻率对降低高速永磁交流电机转子涡流损耗的有效性分析(英文)

导电的永磁体暴露于谐波磁场时,会产生涡流及损耗。提高永磁体的电阻率是减小其涡流的最直接方法。但是,在高速永磁交流电机中,涡流不仅存在于永磁体中,也存在于转子的金属保护套及铜屏蔽层中。在此条件下,提高永磁体的电阻率是否仍然有效?本文将通过有限元分析与对比研究,来探讨这个问题。

基于负载磁场考虑涡流反作用的带护套高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

该文基于精确子域法建立电枢磁场、永磁磁场、定子开槽共同作用下的带护套高速永磁同步电机转子涡流损耗解析模型,该模型同时计及高频谐波磁场所引起的转子涡流反作用的影响。该模型在槽子域和永磁体子域中同时考虑定子绕组电流和永磁体剩磁,故利用该解析模型可以同时计算电枢磁场、理想空载磁场和负载合成磁场作用下的转子涡流损耗;为提高解析模型计算精度,在转子导体区域内求解扩散方程以考虑涡流反作用的影响。该文通过该解析模型研究槽口宽度、护套材料和护套厚度对转子涡流损耗的影响。最后,对一台7.5kW、15000r/min的高速永磁电机进行损耗分离实验,将解析、有限元和实验得到的转子涡流损耗进行对比,验证该解析模型的有效性。

使用辅助槽减小高速永磁电动机的转子涡流损耗

在高速永磁电动机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁。针对高速永磁电动机中的转子涡流损耗问题,提出使用辅助槽来减小转子涡流损耗,研究了不同宽度、深度、槽型、数目和槽角的辅助槽对转子涡流损耗的影响,分析了其减小转子涡流损耗的原因以及开辅助槽对电机性能的影响。得出通过选取合适的辅助槽可以减小转子涡流损耗,同时不会明显降低电机的反电势。对高速永磁电动机的设计和分析具有重要的理论研究和工程应用价值。

保护环对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响

高速永磁无刷直流电机具有功率密度高、体积小、效率高等优点,在很多领域有着广泛的应用。转子涡流损耗会使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁。该文结合所研制的2.3 kW,15×104r/min的高速永磁无刷直流电机,对比分析了不同电导率的保护环对转子涡流损耗的影响,结果表明:钛合金保护环中的涡流磁场能削弱气隙谐波磁场,对永磁体中的涡流损耗有屏蔽作用。

带护套的高速永磁同步电动机转子涡流损耗及其径向分布解析模型

本文提出一种针对带有护套的高速永磁同步电机转子涡流损耗及其径向分布的解析模型。模型基于子域法将护套和永磁体子域径向分域,通过计算每个细分区域产生的涡流损耗进而得到转子涡流损耗的径向分布。为提高模型的计算精度,通过扩散方程和磁导模型分别考虑了涡流反作用和定子开槽的影响。利用该解析模型计算了不同气隙长度,不同护套材料及其厚度对转子涡流损耗的影响。最后采用有限元的方法对解析模型进行验证,证明解析模型的正确性。

铜屏蔽层对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗和应力的影响分析

在永磁体和保护套之间增加高导电铜屏蔽层,能够降低非同步旋转的时间和空间谐波在高速永磁无刷直流电机转子中产生的涡流损耗。首先验证不同厚度的铜屏蔽层对降低转子涡流损耗的效果,建立包含铜屏蔽层在内的多层环形结构的转子应力计算流程,并提出一种计算铜屏蔽层内外接触面预置过盈量的方法,计算过程均考虑到预置过盈量、旋转离心力以及温升对应力的影响。在此基础上,分析铜屏蔽层厚度对转子各层部件最大应力的影响。通过有限元仿真以及样机测试,验证了分析方法的有效性。

基于齿槽效应的高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

针对齿槽效应引起的高速永磁电机转子涡流损耗,提出精确解析计算模型。该解析计算模型考虑包括槽和槽口在内的五个子域,通过在各个子域中建立、求解磁矢位方程以及借助子域间的边界条件对模型进行推导,同时考虑保护套和永磁体产生的涡流反应。基于建立的解析模型,能够计算出转子各部分的涡流损耗,并能够通过解析模型获得槽开口宽度、保护套材料和保护套厚度与转子涡流损耗之间的影响规律。将解析模型的计算结果与有限元结果进行对比,并进行实验测试,验证了转子涡流损耗解析模型的正确性。

考虑温度变化的高温高速永磁电机转子涡流损耗半解析模型及实验验证

高温高速永磁电机由于工作环境的特殊性,在计算电机转子涡流损耗时,需要进行磁热耦合仿真,导致计算时间较长,而现有子域模型在建模时需首先假设材料属性参数为恒定值,不能考虑温度的影响。首先,将精确子域法与等效热网络相结合,提出一种可以考虑转子材料电导率及导热系数随温度变化的高温高速永磁电机转子涡流损耗半解析模型;其次,基于该模型分析了在高温状态下不同供电频率及护套材料对转子涡流损耗和永磁体温升的影响,得到针对高温高速永磁电机转子护套材料的选取方法;最后,对一台高温高速永磁电机分别进行损耗分离实验和温升实验,将实验与解析结果作对比,验证解析模型的正确性。

磁钢充磁方式对永磁电机转子涡流损耗研究

为研究不同的充磁方式对永磁电机转子涡流损耗的影响,以一台6极18槽高速永磁无刷直流电动机为例,分析了径向充磁和平行充磁两种永磁体结构,建立了高速永磁电机的有限元分析模型和转子涡流损耗计算模型,采用时步有限元法分析电机在不同充磁方式下的电磁场特征,进而对两种结构电机在三种不同工作条件下的转子涡流损耗进行对比分析,最后进一步对不同极槽配合下转子涡流损耗进行分析。结果表明:空载条件下,采用径向充磁方式,高速电机转子涡流损耗较小;随着负载增加,采用平行充磁的方式,电机的转子涡流损耗更小。该研究对降低永磁电机的转子涡流损耗及性能优化具有一定的参考价值。

Homopolar型径向磁轴承转子涡流损耗的分析与优化

采用永磁偏置径向磁轴承支撑的转子高速旋转时,转子内会产生过大的涡流损耗,进而引起热量过高,导致转子温度升高且分布不均匀,影响磁轴承系统的性能。采用Flux有限元软件对Homopolar型永磁偏置径向磁轴承转子的涡流损耗进行了三维时步有限元分析。在保持磁轴承承载力和气隙磁密不变的条件下,分析了磁轴承的结构参数,包括磁极个数、磁极极宽、气隙长度,对转子涡流损耗的影响。仿真结果表明:增加磁轴承的磁极数会使转子的涡流损耗先增加后减小;磁轴承的磁极极宽和气隙长度的增加可以有效地减少转子涡流损耗。根据以上分析结果,提出了降低磁轴承转子涡流损耗的方法,并对磁轴承进行了优化,为低功耗磁轴承的设计提供了参考。

电枢磁动势谐波对转子涡流损耗的影响分析

永磁电机多采用变频器供电,变频器输出的电流中除包含基波电流外还存在谐波电流,由其产生的电枢磁动势空间谐波会在转子中产生涡流损耗。基于对各次电枢磁动势空间谐波幅值及其相对于转子交变频率的详细分析,提出涡流损耗强度的概念,用于评估不同的电枢磁动势空间谐波对转子涡流损耗的影响程度。对采用整数槽和分数槽绕组的永磁电机转子涡流损耗做了解析对比和有限元分析,证明了利用涡流损耗强度评估电枢磁动势谐波对转子涡流损耗影响的有效性。