轴向磁通无铁心永磁电机多层矩形扁线绕组涡流损耗解析计算及优化

轴向磁通无铁心永磁电机的定子为无铁心结构,采用扁线绕制的定子绕组盘,具有槽满率高、平整度好、加工简单等特点。但是相对于圆形导线,矩形扁线具有截面积较大、涡流损耗大的缺点,导致电机损耗偏高、效率偏低。该文根据轴向无铁心电机磁场的三维分布特性,针对矩形扁线涡流损耗分布不均匀的特点,推导了定子无铁心扁线绕组特有的涡流损耗快速计算方法。在此基础上,基于涡流损耗的产生机理并以绕组铜耗最小为优化目标,建立了扁线绕组最优参数的求解公式。采用三维有限元软件仿真及样机测试的方法,验证了涡流损耗解析计算方法的有效性和准确性。结果表明,该文提出的涡流损耗计算公式以及导线参数优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率,所得结论可为轴向无铁心电机定子绕组的设计及优化提供理论依据。

轴向磁通混合励磁同步电机弱磁控制

轴向磁通混合励磁同步电机(AFHESM)结合了轴向磁通电机和混合励磁同步电机的优点.为了研究AFHESM的运行性能,本文分析了它的拓扑结构和磁场调节机理,并推导了它的数学模型.基于传统弱磁控制理论,提出了一种将转速反馈控制、相角反馈控制和电压反馈控制相结合的闭环弱磁控制策略,利用MATLAB/Simulink建立了AFHESM的弱磁控制系统模型.仿真结果验证了该方法的有效性.

轴向磁通永磁同步电机转矩解析模型和转矩优化

轴向磁通永磁同步电机的电磁场呈三维分布,其转矩的精确建模和优化通常需要采用三维有限元方法,但这非常耗时。提出一种转矩解析计算模型,并基于该模型对轴向磁通永磁同步电机的转矩展开优化。首先,通过磁通密度比磁导法建立了轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析模型。然后基于麦克斯韦张量理论推导得到电磁转矩和齿槽转矩的解析模型,并通过有限元法验证了该模型的准确性。该模型不仅指出了产生电磁转矩和齿槽转矩的判据,还明晰了转矩波动各阶成分与气隙磁通密度谐波之间的关系。最后利用该解析模型,采用径向变极弧系数法对一台单定子单转子轴向磁通永磁同步电机的转矩展开优化,结果表明径向变极弧系数法可有效削弱轴向磁通永磁同步电机的齿槽转矩和电磁转矩波动,而基于解析模型的优化则具有非常高的效率。

并列结构混合励磁同步电机的轴向漏磁及其影响

并列结构混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous machine,HESM)是混合励磁电机的一种典型结构。该文指出并列结构混合励磁同步电机内永磁部分与电励磁部分之间存在漏磁通耦合现象。考虑漏磁通的3维分布特性,建立电机3维场有限元模型,分析轴向漏磁的磁通路径和分布情况,计算得到不同励磁电流方向下轴向漏磁大小和分布的变化规律,表明漏磁通存在使电励磁部分气隙磁场双向调节作用不对称,从而影响励磁电流对并列结构混合励磁同步电机输出电压的调节。原理样机实验结果验证了分析结论。轴向漏磁影响调磁特性的问题对其他并列结构混合励磁电机研究有普遍的参考价值,该类新型电机的设计中应注意合理选择永磁部分和电励磁部分转子之间的轴向距离。

新型机械轴向变磁通永磁同步电机分析研究

为解决传统变磁通永磁电机在基速以上运行可靠性差和调磁困难的问题,提出一种附加机械调磁装置的新型轴向变磁通永磁同步电机。采用有限元法对电机运行于不同转速时的磁场分布进行分析,建立轴向变磁通永磁同步电机三维有限元仿真模型,获得了电机在不同转速下气隙磁密、绕组磁链及空载反电势、电感等电磁特性。分析结果表明:在基速以下时,机械调磁装置不动作,该电机能以大转矩运行;在基速以上时,机械装置相应动作,电机可在宽范围恒功率运行,调磁效果较好。通过制作样机和构建电机系统试验平台,验证了理论分析和设计的有效性。

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。

轴向磁场永磁同步电机弱磁方法综述

介绍了轴向磁场永磁同步电机的结构分类,指出弱磁能力差是各类轴向磁场永磁同步电机的共性问题,总结了针对轴向磁场永磁同步电机的弱磁方法在国内外的研究现状,分类介绍了各方法的弱磁原理与弱磁效果,对弱磁方案的选取与应用提供了参考,也为新弱磁方法的研究提供了借鉴。

直驱轴向磁场永磁同步风力发电机的设计

当电机极数足够多,电机轴向长度与外径的比率足够小时,轴向磁场电机的转矩和功率密度比传统径向磁场电机大.另外,轴向磁场永磁电机还有许多其它优点,如结构简单,轴向长度短,节约材料等,因此轴向磁场永磁同步发电机特别适合于直驱风能转换和电动车应用场合.阐述轴向磁场永磁同步发电机的结构和设计特点,重点介绍磁极和电枢绕组的设计,为轴向磁场永磁同步发电机的设计打下基础.

轴向磁场变磁通永磁同步电机的优化分析

轴向磁场变磁通永磁同步电机(Axial Field Variable Flux Permanent Magnet Synchronous Machine,AFVFPMSM)是一种新型的盘式双转子电机。以一台三相AFVFPMSM为例,在介绍其结构特点、工作原理及基本尺寸方程的基础上,采用三维有限元分析软件中参数化扫略模块,综合考虑绕组磁链和感应电动势两个方面,对该电机主要结构参数,包括永磁体形状与厚度、气隙长度及绕组厚度进行优化。对AFVFPMSM的深入研究具有重要的实际应用价值。

直驱轮式轴向磁场永磁风力发电机的研究

从降低成本、提高可靠性以及便于维护出发,提出了一种新型直驱轮式轴向磁场风力发电机组,将风力发电机、叶片支撑结构和叶片形成一个整体的紧凑型风力发电机组.分析了用软磁复合材料(SMC)材料作为轴向磁场风力发电机定子材质的可行性.对轮式轴向磁场永磁发电机关键部件进行了设计,对主轴和转子盘进行了结构分析.通过得到的受力图与计算结果,验证了各部件机械结构设计的合理性,为新型风力发电机的研发提供了研究基础.

广域高效车用轴向磁通永磁同步电机的设计分析

针对车用驱动电机转矩和转速多变,运行范围宽广,需要提升电机在全域运行范围的高效率能量转换的问题,提出以高效率区间占比为设计目标的车用轴向磁通永磁电机设计方法。提出了考虑PWM供电影响的电机铁耗工程计算方法。基于等效磁网络法和集总参数热网络法构建了轴向磁通永磁同步电机的快速磁-热耦合设计模型,提高了车用轴向磁通永磁同步电机的设计精度。基于磁热耦合模型,分析了极弧系数、每槽导体数、气隙长度、永磁体尺寸、定子槽型尺寸等关键设计参数对车用轴向磁通永磁同步电机高效率区间占比的影响。设计并制造了样机一台,开展了电机效率和温升测试实验,获取了全域运行范围内的电机效率及电压分布,测试结果验证了磁热耦合模型和设计结果的有效性。

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。

基于滑模速度控制器的轴向磁通永磁弧形电机控制研究

针对轴向磁通永磁弧形电机在低转速下抗干扰能力弱、动态响应能力差的问题,采用滑模速度控制器代替传统PI速度控制器。首先建立轴向磁通永磁弧形电机的数学模型,然后搭建滑模速度控制器仿真模型,最后在Matlab/Simulink中对整个矢量控制系统进行仿真分析。结果表明,滑模速度控制器比传统PI速度控制器响应能力更快、抗干扰能力更强。