双层凸极型PCB定子AFPM设计优化

AFPM是当前研究热点,本文将一种新型的凸极型Halbach永磁阵列应用于该电机中,阐述了其结构与优点。借助三维有限元软件建立初步的参数化模型,进一步联合Workbench与Optislang仿真,通过GA进行全局多目标优化得到最优设计方案。优化后的新型永磁体阵列与相同尺寸的常规Halbach结构相比,减少了永磁体用量,降低了电机生产成本,提高了单位永磁体产生的基波磁密幅值和气隙磁密波形的正弦性。在保证理想的气隙磁场磁密大小情况下加入价格低廉的软磁材料降低了电机成本,为轴向磁通永磁电机的设计提供一定的参考。

PCB定子盘式电机的绕组形状设计研究

由于PCB定子能够达到很高的加工精度,定子绕组的形状也就有了很多选择。选取了基本的圆形、梯形和菱形绕组进行研究对比,并结合圆形与梯形的特点设计了一种新的绕组形状,使得绕组在能够得到较大的反电势的同时减小端部的长度,一定程度上减小铜耗。对比中保证在形状几何中心与轴心距离相同的情况下,梯形、菱形及最终设计的绕组的导线距离轴心的最大与最小距离相等。提出了一种绕组的解析模型,并使用有限元仿真分析对比几种绕组的反电势特点,实验验证了最终设计的绕组的性能。

高频供电条件下的PCB定子盘式永磁电机绕组优化设计

PCB定子盘式永磁无铁心电机的定子采用印制电路板(printed circuit board,PCB)结构,其电机的损耗主要来源于绕组上的交流附加铜耗和直流铜耗,因此定子绕组的设计直接影响电机整体性能。针对应用在较高频率且工况稳定的PCB电机,该文提出一种新型分布式绕组。首先建立反电势、直流铜耗、交流附加铜耗和电阻的解析表达式,分析PCB电机的空载特性。其次,以提高电机的效率为目的,提出在绕组有效导体部分加入绝缘材料。对新型绕组进行优化找到最合适的导体线宽,然后根据有限元理论对比分析新型分布式绕组和已有绕组负载特性。结果表明新型绕组不仅可以降低总铜耗,提高电机效率,有效降低定子稳定温升,并且新型结构也不会影响电机输出性能。最后制作一台16极600W样机进行验证,对PCB定子盘式永磁电机设计具有一定的参考价值。

PCB盘式风力发电机分布式绕组优化

本文针对小型风力发电系统的印制电路板(PCB)盘式永磁发电机,以提高发电机的输出特性为目标,基于传统PCB分布式绕组型式提出了不等宽分布式PCB绕组,并进行了优化设计。首先建立了PCB绕组盘式电机的电动势和绕组损耗等数学模型,并采用有限元法对优化前后两种绕组型式发电机的绕组电阻、绕组损耗、温升及输出特性进行了计算和对比。分析结果表明,采用优化后不等宽分布式PCB绕组的发电机输出特性得到了明显提升;同时绕组电阻、绕组损耗及温升也相应降低。最后,本文制造了一台采用不等宽分布式PCB绕组的盘式风力发电机并搭建了实验平台,通过样机实验验证了有限元分析模型的正确性及不等宽分布式PCB绕组在盘式发电机中应用的优势。

轴向磁通飞轮电机印刷电路板定子绕组设计

针对卫星姿态控制用反作用飞轮小型化的要求,设计了采用印刷电路板(PCB)定子绕组形式的轴向磁通反作用飞轮系统,并研究了PCB定子绕组的布线形式。根据系统设计方案和工艺的要求,采用理论分析与有限元仿真相结合的方法,研究了螺旋形绕组的反向转矩产生机理,对比分析了螺旋形和波形PCB定子绕组对飞轮驱动电机性能的影响,并分别对采用两种形式定子绕组的飞轮样机进行了地面性能测试。试验结果表明,飞轮工作在额定转速5 000r/min时,采用波形定子绕组比采用螺旋形定子绕组时的电机功耗降低了26.2%,电磁效率降低了0.8%。试验结果验证了理论分析与仿真结果的正确性,为PCB定子绕组型轴向磁通永磁电机的工程化应用提供了参考。