集成压缩机用双定子磁通切换电机的设计及优化

针对轴流压缩机系统体积大、冷却难的问题,基于6/4双定子磁通切换永磁电机,提出一种新型集成压缩机用磁通切换永磁电机(FSPMM)。首先,推导了考虑转子斜极影响的齿槽转矩解析表达,建立了气体流量轨迹模型。其次,设计E型槽FSPMM和C型槽FSPMM结构并建立有限元仿真模型,对其磁密分布、反电动势、齿槽转矩、电磁转矩及波动等电磁特性进行了计算和对比分析,结果表明E型槽FSPMM的电磁性能明显优于C型槽FSPMM的电磁性能。最后,综合考虑电磁性能和流体影响,对E型槽FSPMM的转子结构进行了优化,优化后的6/4双E型槽FSPMM的转矩波动下降了15.25%,出口流速提高到113.27 m/s,适用于多级轴流压缩机系统。

气隙固定磁通可调型永磁调速器极槽配合分析

为了提升永磁调速器的输出转矩,并简化其调速过程中所需机械操动机构,将开槽导体转子结构和机械调磁方法相结合,提出了一种气隙固定磁通可调型永磁调速器.首先,分析新型永磁调速器的结构特征和运行原理;然后,基于理论模型和有限元法分析影响其基本电磁特性的关键因素,重点研究永磁极数与导体转子槽数之间的配合问题,并获取多种极槽配合情况下输出转矩滑差特性以及转矩脉动情况;最后,以输出转矩最大、转矩脉动最小为目标,获取最优极槽配合方案,并制造原理样机,得到其调速特性、功率、损耗和效率.结果表明:每对极导体转子槽数为奇数时,转矩脉动小;每对极导体转子槽数为偶数时,转矩脉动较大,并且随着每对极导体转子槽数的增加,转矩脉动降低.

Halbach磁极组合高速永磁同步电机优化

为提高高速永磁同步电机的气隙磁密性能和降低振动噪声,采用Halbach磁极组合优化电机气隙磁密性能,并通过转子分段降低振动噪声。分析了气隙磁密与Halbach结构之间的联系,通过优化永磁体形状和充磁方向共组成4种Halbach结构;并通过仿真对比分析,最终确定气隙磁密性能最好的不均匀不等厚Halbach结构能提高气隙磁密性能。在不均匀不等厚Halbach结构基础上,采用软磁材料代替永磁体,通过仿真分析,最终确定1/4软磁结构能节约永磁体成本。分析了转子分段与径向电磁力的关系,计算出不同分段数相对应的错极角度,通过仿真对比分析,最终确定转子分3段的优化方案,其最大振动加速度降低了44.8m/s2,最大声压降低了21d B,说明转子分段能有效降低振动噪声。

开关磁阻电机定子两侧极靴和转子两侧开槽的优化

针对开关磁阻电机表现出较高的转矩脉动和较大的振动幅度,提出一种改进的开关磁阻电机结构,即在定子两侧添加极靴和转子两侧开槽。在定子两侧添加极靴,提高电机的最小电感,来增大换相区间的最小转矩,以降低电机的转矩脉动;在转子两侧开槽,改变气隙磁密的方向,增大气隙磁密的切向分量、减小气隙磁密的径向分量,通过减小径向力的波高,进而减小电机的噪声。对于极靴参数和开槽参数最优值的确定,通过改进的非支配遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms-II,NSGA-Ⅱ)将控制参数(开通角和关断角)与结构参数(极靴参数和开槽参数)进行协同优化。通过仿真和实验证明,优化后的电机模型相较于初始模型,电机的平均转矩得到提高、转矩脉动得到降低,且电机的振动得到了减小。

双定子同极内嵌永磁游标电机转子永磁体极弧系数优化

进一步对双定子同极内嵌永磁游标电机(DS-CP-PMVM)进行讨论,旨在优化同极内嵌永磁转子结构,以保证转子永磁体用量减少的情况下,不降低电机的转矩能力。分析了DS-CP-PMVM的磁力线分布,提出当转子内外侧永磁体中心轴线夹角与内外定子A相轴线夹角相同时,转矩能力最优;讨论了永磁体极弧系数对转矩的影响,当转子内外侧永磁体极弧系数分别为0.62和0.66时,输出转矩最大,与相同永磁体厚度的表贴式结构相比,在定子电流为6 A时,转矩提高了6.4%。

无刷直流电机的理想与非理想定位力矩及其综合抑制方法

可以采用多种有效的方法来抑制无刷直流电动机的定位力矩,但电机各部件制造或材料偏差的存在,使得按照上述方法实际生产出的电机出现较明显的定位力矩。文中从理论上分析了理想与非理想定位力矩的产生机理和规律;以4极9槽和4极12槽径向磁路无刷直流电机为例,采用数值计算和试验的方法定量分析了理想与非理想定位力矩,给出了定位力矩产生的一般规律。采用极槽配合法、磁极优化法、闭口槽法及定子齿冠开槽法抑制理想定位力矩,并分别给出了Z次和2P次非理想定位力矩的抑制措施。计算和试验结果验证了理论分析结论的正确性。

隐极同步电动机冷却空气流场特性研究

为了研究在相应通风道结构下某变频调速隐极同步电动机冷却空气流场的特点,建立了包括定子和转子风道的电机1/8结构的三维流场物理模型,基于有限体积法,对三维湍流流动控制方程进行数值求解,得到了两种额定转速时电机内各部分空气流速、空气流量分布的特点。结果表明,在计算条件下,转子转速分别为3120r/min、4800r/min时,定子部分流过定子端部、压指间、定子铁心段径向通风沟及转子部分的冷却空气流量分配百分比基本不变,转子端部未布置补风口的3号槽与布置补风口的6号槽冷却风量较小。所得结论可为通风道结构设计提供参考。

异步电动机速度辨识中极点配置和参数辨识

深入分析了以定子电流、转子磁链为状态变量的异步电机状态观测器方案,提出一种异步电机状态观测器的极点配置方法,系统给出观测器的设计过程;并给出定子电阻、转子电阻和速度的自适应率.仿真研究和现场实验表明,该方案对电机参数变化的鲁棒性好,磁链观测精度高,收敛速度快.基于该状态观测器方可实现高性能的无速度传感器运行.

极对数组合形式对绕线转子无刷双馈电机性能的影响

无刷双馈电机存在特殊性,其定子上有两套极对数不同的绕组,对于确定极对数的两套绕组,其极对数组合形式对电机性能有一定程度的影响。以绕线转子无刷双馈电机的等效电路为基础,推导空载和负载状态下转子电流和功率绕组侧输出相电压与控制绕组励磁电流之间的关系,以及负载状态下系统输出功率与控制绕组励磁电流之间的关系。利用有限元法对2/4、1/3对极电机分别在两种极对数组合下的性能进行研究,通过实验证明了理论推导及有限元分析的正确性,实验结果也表明选择极对数较小的绕组作为功率绕组的电机具有转子电流小、饱和程度低、运行范围广、功率绕组侧输出电压高和系统输出功率大等优点。

电动汽车用外转子轮毂电机的设计研究

针对应用于电动汽车智能车轮的轮毂系统,开发设计出新一代一体化轮毂电机。根据设计需求给出了外转子轮毂电机的总体设计方案,对其主要尺寸以及整体电磁结构进行分析计算。采用Ansoft软件对磁化方向长度、极弧系数、气隙长度以及定子叠高等影响因素进行分析研究,以提高电机的输出性能。最后对样机进行了计算和试验测试,设计结果与实验结果相符,表明了设计分析的正确性。

磁阻式旋转变压器绕组结构分析

在混合动力汽车电机控制系统中,为了实现对电机的高精度控制,需要实时对电机转子位置和电机转速进行检测。用来检测电机转子位置及速度的传感器主要有光电编码器和旋转变压器。转子凸极式磁阻旋转变压器作为一种位置传感器,不但机械强度好,而且无需采用补偿绕组或斜齿,因而获得越来越广泛的应用。主要研究旋转变压器定转子结构、转子形状对定转子之间气隙长度的影响、励磁绕组与输出绕组的绕线方式,推导出正余弦输出反电势的表达式,并对旋转变压器进行动态实验同时给出工作状态下正余弦反电势的波形。

螺杆泵直驱单元组合超细长永磁电机振动研究

为了研究细长永磁转子偏心和近极槽比配合引起单元组合式潜油永磁电机电磁振动加剧等问题,介绍了组合式潜油电机新型结构特点,基于永磁电机径向电磁力波产生原理,对10极12槽潜油永磁电机径向气隙磁密和径向电磁力波的频谱特性进行分析。对细长永磁转子偏心挠度进行计算,利用有限元计算不同转子偏心量对电磁力波频谱特性的影响。研制了试验样机,采用声压法对电磁噪音进行测试,通过有限元仿真和样机试验对比验证理论计算结果的准确性,并通过单元电机组合运行试验,推荐114 mm系列潜油电机取气隙长度大于0.8 mm,为单元组合超细长潜油永磁电机的可行性提供理论依据。

开关磁阻电机磁路优化设计及性能分析

以三相6/4极开关磁阻电动机为研究对象,借助Ansoft软件对电机磁路进行分析计算,建立铁耗数学模型,优化结构参数,研究减少铁耗的方法。分析了极弧对转矩脉动的影响。系统调试结果证明电机性能可以满足使用要求。

混合励磁开关磁链电机转子极数对调磁性能的影响

为了研究混合励磁开关磁链电机(hybrid excited switched flux permanent magnet,HESFPM,motors)的调磁特性,探讨影响HESFPM电机调磁性能的主要因素,解决具有宽调磁能力的HESFPM电机优化设计问题,文章通过分析不同定/转子极数和绕组结构的混合励磁开关磁链电机的拓扑结构、工作原理,比较了不同定/转子极数的混合励磁开关磁链电机的电磁性能和调磁性能。采用磁路分析方法和有限元计算方法,比较研究了不同电流密度、不同直流励磁绕组与电枢绕组槽面积对HESFPM电机电磁性能和调磁能力的影响。分析结果表明,对于采用相同定子结构的HESFPM电机,转子极数为N_s+2 (N_s为定子极数)的12槽HESFPM电机具有比转子极数为N_s-2的HESFPM电机具有更高的电磁转矩和更宽的调磁能力。最后,通过对一台12/10 HESFPM实验样机的测试进行验证。

无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合选择与应用(连载之三)

在文献[1]基础上,继续展开对分数槽集中绕组槽极数组合的讨论,分析影响槽极数组合选择的若干制约因素,如奇数槽或偶数槽、单层绕组或双层绕组、绕组磁势谐波与转子涡流损耗、组合的最小公倍数和齿槽转矩、绕组排列与径向不平衡磁拉力、纹波转矩等。结论可供设计者参考。

无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合选择与应用(连载之四)

在文献[1]基础上,继续展开对分数槽集中绕组槽极数组合的讨论,分析影响槽极数组合选择的若干制约因素,如奇数槽或偶数槽、单层绕组或双层绕组、绕组磁势谐波与转子涡流损耗、组合的最小公倍数和齿槽转矩、绕组排列与径向不平衡磁拉力、纹波转矩等。结论可供设计者参考。

定转子槽配合对高压异步电动机温升的影响

定、转子槽配合选择不当,会引起电机附加损耗增加和电机内风路不畅,从而导致电机温升过高。从实例进行分析定转子槽配合对高压鼠笼型异步电动机的温升及效率的影响,提出解决问题的方法,并推出优选少槽配合方案。

定转子材料组合方式对再制造电机性能影响

为节约资源和提升原电机性能,将非晶材料与硅钢材料组合应用于定转子铁心进行电机再制造。根据定转子材料不同组合方式提出3种再制造方案,基于Ansoft Maxwell分析了不同组合方式对再制造电机磁密、转矩及脉动、铁耗、效率和齿槽转矩等性能的影响,确定了最佳再制造方案,并基于近似叠加算法,采用分段设置定子斜槽削弱了齿槽转矩。与原电机相比,再制造电机铁耗降低51.73%,转矩提高1.43%,转矩脉动降低6.45%,效率提升0.75%,齿槽转矩优化后降低为原电机的19%,表明了再制造电机的优越性。

定子永磁型高速电机凸极转子强度分析

定子永磁型电机具有转子上既无永磁体也无绕组、功率密度高、效率高等优点,因此非常适合在高速下工作。然而由于凸极转子复杂的几何形状,对其强度进行分析只能采用有限元法等数值方法。基于弹性力学理论,建立了凸极转子强度的解析分析模型。分析了凸极转子的载荷分布,在此基础上,基于平面应力模型和应力函数法,推导了定子永磁型电机凸极转子的应力及变形的解析解;用有限元法对解析解的有效性进行了验证;分析了凸极转子的凸极高度及形状对转子强度的影响。结果表明,建立的凸极转子强度解析解在转子应力最大区域内的计算结果与有限元法的计算结果完全吻合,能够对定子永磁型高速电机凸极转子的最大应力进行精确分析,可为定子永磁型高速电机的转子设计提供支持。

磁阻式位置传感器半额测试线圈的离散转子位置检测方法研究

磁阻式旋转变压器在高速、高温等恶劣环境用作转子位置检测具有突出的优势,但较高的成本限制了应用场合。通过对比开关磁阻电机和磁阻式旋转变压器的结构和工作特点,本文提出了双凸极定转子结构的磁阻式位置传感器方案,使磁阻式位置传感器与SRM结构上保持一致性,可以进一步降低成本;针对多相的磁阻式位置传感器出线多、调理电路复杂的情况,本文提出了一种利用半额测试线圈的磁阻式位置传感器离散转子位置检测的简易检测方法,推导出满足位置检测方法的传感器本体的定转子极弧条件,对测试线圈注入高频激励信号,通过幅值调制得出半数低频位置信号,并虚拟出其对称半数电感曲线和特征值交截的办法,得出多相电机的全额位置信号;最后以四相8/6结构SRM系统为例,通过仿真分析和搭建实验平台验证了四相磁阻式位置传感器的半额测试线圈方法可行性,有效简化了多相磁阻式位置传感器系统复杂性。