基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断研究

该文提出一种基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断方法。首先,建立电机的d轴等效磁路模型,分析均匀退磁故障后径向气隙磁密的变化规律;然后,获取电机的径向气隙磁密和定子电流信号,对各极下径向气隙磁密幅值进行归一化处理,并绘制雷达图,根据雷达图和比较相同定子电流幅值下健康电机和故障电机的各极下径向气隙磁密幅值的平均值,来诊断均匀退磁故障;利用空载各极下径向气隙磁密幅值的平均值计算故障程度。最后,仿真和实验结果均验证所提均匀退磁故障诊断方法的有效性。

基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。

开槽盘式磁力耦合器径向不对中时传动性能分析

为了研究开槽盘式磁力耦合器径向不对中时的传动性能,以等效磁荷理论为基础,将运动中切割磁力线产生磁场的铜导体涡流区域等效成永磁体,结合库伦定律,建立开槽盘式磁力耦合器径向不对中时的输出转矩计算模型;通过有限元软件对开槽盘式磁力耦合器径向不对中时的磁感应强度、铜层功率损耗、输出转矩进行有限元分析,确定了耦合器径向不对中量所允许的最大值。研究结果表明,随着径向不对中量的增大,磁力耦合器工作过程中的感应磁场减小,从而引起耦合器最大磁感应强度增大,铜层功率损耗以及输出转矩逐渐减小;同时,二者随时间变化的曲线波动也越来越显著,当径向不对中量不超过6 mm时,开槽盘式磁力耦合器工作过程中依然能够保证较为准确地输出转矩,其转矩波动也相对稳定。

基于试验验证的永磁同步电机电磁噪声优化方法探究

为解决电动汽车永磁同步电机电磁噪声问题,基于其电磁噪声产生机理,提出通过试验验证手段降低电磁径向力的方法来优化其电磁噪声,分别从结构硬件和控制策略两方面提出了从转子分段斜极优化、结构刚度优化耦合共振改善、电流谐波注入和气隙磁通密度改善等验证对比方式进行优化改善,并针对每种优化方式结合实际开发案例进行说明。结果表明,每种方式均有至少3 dB(A)的电磁噪声改善,进一步论证了通过试验手段优化电磁径向力来改善电磁噪声的效果与优势。

Nonlinear magnetic network models for flux-switching permanent magnet machines

In this paper, firstly, a basic nonlinear magnetic network model considering iron saturations is proposed for a three-phase 12-stator-slot/10-rotor-pole flux-switching permanent magnet(FSPM) machine. This model is built under cylindrical coordinates and enables the open-circuit air-gap flux-density distributions, phase permanent magnet(PM) flux-linkage, and electromotive-force(EMF) to be predicted with acceptable accuracy. However, large discrepancies are found in the predictions of armature inductances. Then, the basic model is modified by taking into account the localized saturation effect. As a result, the electromagnetic performance can be predicted more accurately, especially for the air-gap flux-density distributions. Furthermore, two improved models are proposed by adding bypass-bridge branches in stator network, to enhance the calculating accuracy of both saturated and unsaturated armature inductances. Finally, the predicted results from the four magnetic network models are validated by both 2D finite element analysis(FEA) and experimental measurements on a machine prototype. Overall, comparisons indicate that the model with bypass-bridge branches between stator teeth and back irons exhibits best performances.

一种永磁轴承的设计和磁场分布的解析计算

从永磁体的分子电流观点出发,应用矢量磁位法,对轴向均匀充磁的永磁环,建立用完全椭圆积分表示的永磁环外部空间磁势和磁场分布的解析计算表达式。根据矢量迭加原理,应用该公式可计算1块至多块永磁环并列放置时其外部空间的磁场分布。通过对单块永磁环磁场分布的仿真计算和实验测试数据比较,磁感应强度计算误差不超过8%,验证了计算公式的正确性。

不同充磁方式的对转永磁电机气隙磁场性能研究

针对磁钢不同充磁方式对电机磁场性能影响不同,在对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach磁体磁化强度分布的基础上,提出一种计算内永磁体转子和外永磁体转子对转电机气隙磁密的解析算法。该算法计算结果与有限元分析结果接近且趋势相同,是一种在电机设计前期预报气隙磁场分布的有效方法。利用解析和有限元相结合的方法研究了充磁方式对2种转子结构对转永磁电机气隙磁场的影响。结果表明:外永磁体转子对转电机选择径向充磁能获得趋近方波的气隙磁密和较高的磁密峰值,适合无刷直流电机;内永磁体转子对转电机选择平行充磁既可提高气隙磁密的正弦分布程度,又能得到较高气隙峰值;Halbach磁体的电机气隙磁密正弦分布程度高,谐波含量小,适用于永磁同步电机。

非对称V型磁极偏移内置式永磁同步电机转矩脉动分析

当牵引机车采用内置式永磁同步轮毂电机时,转矩脉动偏大,引起振动、噪声,从而影响电机运行性能。针对此问题,首先提出一种非对称V型磁极偏移转子结构;其次,基于绕组函数理论和等效磁路法,分别推导出定子磁动势和转子磁动势表达式,结合洛伦兹力定律,得到转矩脉动解析模型;再次,对比三种磁极偏移方式下的转矩及径向力,确定出最优的磁极偏移方式;最后,对对称V型磁极、非对称V型磁极和非对称V型磁极偏移三种转子结构的转矩脉动、齿槽转矩及气隙磁密高次谐波分别进行仿真实验和比较。实验结果表明,非对称V型磁极偏移结构转矩脉动降低约14%,齿槽转矩降低约78.7%,气隙磁密5、7谐波最小,所提结构能有效抑制转矩脉动,提升电机性能。

考虑磁钢磁化方式的永磁电机空载气隙磁场性能分析

针对磁钢磁化方式影响永磁电机空载气隙磁场性能的问题,建立了永磁电机空载气隙磁场的解析模型.通过对磁钢的两种充磁方式的分析,即径向充磁和两段式Halbach充磁,获得了永磁电机空载气隙磁密径向分量和切向分量的计算方法.选用一台1极12槽永磁有刷直流电机作为对象,利用解析模型计算了空载气隙磁密,通过与有限元仿真结果对比,验证了解析计算结果的正确性.在此基础上,计算了两种充磁方式下的空载气隙磁场径向磁密畸变率,结果显示:永磁有刷直流电机采用两段式Halbach充磁的畸变率明显低于径向充磁.同时,分析了极弧系数、磁钢厚度、极对数、槽口宽与径向磁密畸变率之间的关系,为永磁电机的初始设计提供了参考依据.

双转子径向永磁电机气隙磁密的分析计算

双转子径向永磁电机可以大大提高转矩密度和效率。该文首先简要介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理、特性及设计依据,然后采用等效磁路法对气隙磁密进行了解析,最后利用有限元法对所设计电机进行了静态磁场的分析和气隙磁密计算值的验证。结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,气隙磁密的解析值和有限元计算值也吻合得较好,证明了分析和设计的可行性。

Halbach永磁伺服电机结构研究及优化设计

在分析Halbach电机结构及磁场特性的基础上,对三种Halbach结构永磁伺服电机性能进行了对比研究,并对极间隔断Halbach永磁伺服电机在气隙长度、磁体厚度、磁体块数、磁极配比对径向气隙磁场的影响进行研究,以找出结构尺寸对电机性能影响的一般规律。提出了两种新型Halbach电机改进结构,并对性能进行了仿真研究,最后确定了优化的Halbach电机结构。

永磁伺服电机结构研究及优化设计

本文从永磁体厚度、极弧系数、气隙长度、槽口宽、磁极偏心距、定转子套筒和转子空心七个方面对影响电机径向气隙磁密的因素进行了研究,总结出了一般规律。将某永磁同步电机作为原型电机,根据此规律提出了5种改进设计方案,并应用有限元方法对方案进行了比较分析,证明了改进的有效性。

E型径向电磁轴承的参数设计及特性分析

针对在特定的设计要求下传统C型径向电磁轴承无法达到设计目的等问题,提出了一种新型的E型径向电磁轴承。推导出了电磁力的理论表达式,并验证了该表达式的精确性,在有限元软件ANSYS的基础上对两种类型电磁轴承的磁路、气隙磁密、定子结构及转子损耗等特性进行了详细的对比分析。研究结果表明:E型径向电磁轴承在特定的设计要求下,其性能要优于传统C型径向电磁轴承。

采用转子开槽的内置永磁电机噪声抑制

为削弱永磁同步电机的振动噪声,提出在转子表面开弧形槽的方法。针对V型内置式永磁电机,根据电磁力计算公式计算其频率倍数、空间阶次,并使用JMAG软件建立二维有限元模型。通过齿槽转矩和径向电磁力的仿真结果确定转子表面槽的最佳尺寸,并对比分析有无开槽情况下径向气隙磁密、齿槽转矩、振动加速度和噪声特性。结果表明开槽会削弱电磁力,减小齿槽转矩和高次谐波,降低振动与噪声。

管道环焊缝缺陷漏磁检测仿真模拟

基于漏磁检测技术基本原理,采用有限元方法,应用COMSOL软件对管道环焊缝及焊缝处常见缺陷磁化后产生的漏磁场进行了仿真模拟,得到描述磁场分布特征的磁通密度径向和轴向分量分布曲线。通过改变焊缝余高以及焊缝处凹坑、错边和咬边的几何参数,得到了不同缺陷类型在不同尺寸下的磁场分布。结果表明:管道环焊缝磁场分布呈增厚特征,且随着焊缝余高的增加,磁通密度径向和轴向分量值均明显增大;焊缝与其中心缺陷呈两者复合的磁场分布特征。焊缝中心凹坑磁场分布呈减薄特征,且磁通密度轴向和径向分量峰的峰宽均随凹坑直径的增加近线性增大;随着错边量的增加,缺陷处磁通密度分布曲线的峰值均明显增大;随着咬边深度的增加,咬边位置的磁通密度减小。

车用永磁同步驱动电机径向力波仿真分析

以某车用永磁同步驱动电机为研究对象,采用Ansoft软件建立其二维电磁模型,对电机的气隙磁密时间分布和空间分布进行仿真,计算得到电机的径向电磁力波.通过对气隙磁密时间分布、空间分布和径向电磁力波进行谐波分析,把握其随转速和负载变化的规律,为电机的振动和噪声分析打下基础.

方波驱动永磁无刷直流电动机用烧结铁氧体多极磁环

针对方波驱动永磁无刷直流电机内转子表面磁通密度分布波形的技术要求,采用干压成型方法制备表面磁通密度为梯形波分布的烧结永磁铁氧体各向异性多极磁环。主要介绍了取向磁路设计、取向夹具制作、干压成型工艺及径向多极充磁原理。制得的4极梯形波磁环表面磁通密度峰值大于1700G,单磁极包络面积大于120000G·(°),满足小功率方波驱动永磁无刷直流电动机应用要求。

基于转矩脉动和径向力的定子极形优化

由于开关磁阻电机有较大的振动和噪声,导致其在很多领域的应用受到限制。为了抑制振动,本文分析了电机振动产生的原理,分别从减小转矩脉动和径向力两方面出发,对原始模型进行了结构优化。首先,考虑到边缘磁通效应的影响,本文在定子齿顶部增添单侧极靴并进行磁导分析,通过调节气隙磁导以减小转矩脉动;在此基础上,依据麦克斯韦应力张量法,在定子齿弧面开设矩形槽,通过改善气隙磁密分布以降低径向力波峰值。有限元分析表明,该结构相对于原始模型,在平均转矩略微减小的情况下,实现了径向力波峰值和转矩脉动的降低。结合样机振动测试,进一步验证了该方案在减小振动上的合理性和可信度。

气隙偏心下永磁风力发电机定子电磁振动特性分析

永磁风力发电机定转子偏心会造成发电机气隙分布不均匀而产生磁场不平衡,使发电机振动加剧,严重时甚至引发转子扫膛,使发电机损坏失效。以某兆瓦级永磁风力发电机为研究对象,理论分析了气隙偏心对发电机气隙磁密和径向电磁力的影响,对于不同气隙偏心量下的风力发电机瞬态电磁场开展有限元分析,获得气隙磁密和径向电磁力分布特性变化规律,进而开展径向电磁力作用下定子谐响应分析,以掌握气隙偏心引起的定子振动响应特性。结果表明:随着气隙偏心量的增加,气隙最小处气隙磁密幅值增大,径向电磁力新增边带分量;发电机定子振动响应中工作频率的倍频幅值也随之增大,其中二阶径向模态响应幅值最大。所得结果可为发电机气隙监测方法研究提供一定的理论依据。

充磁方式对永磁无刷直流电机激振力波的影响

为降低水下航行器用永磁无刷直流电机(PM BLDCM)的振动与噪声影响,针对PM BLDCM在不同充磁方式下电磁激振力波存在差别的问题,建立了PM BLDCM的有限元分析模型,分别在空载和负载条件下,对比分析了径向和平行2种充磁方式下气隙磁密的分布特点。基于Maxwell应力张量法计算电磁力,完成了空载和负载条件下电机径向电磁激振力波的仿真,对比了2种充磁方式对径向电磁力波的影响,得到了其分布特点。研究结果表明,空载和负载条件下,电磁激振力波存在较大差异,为确定充磁方式对电磁激振力波的影响,需要在负载情况下完成分析;与平行充磁相比较,负载时径向充磁方式下,主要频率的幅值均有所增大,而其余频率的幅值有所降低。