双层复合护套高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

在表贴式高速永磁电机中,双层复合护套可以有效抑制转子涡流损耗。目前,针对双层复合护套转子涡流损耗的研究主要采用有限元法,但该方法存在耗时、对薄护套网格剖分较困难等问题,因此该文基于精确子域法提出了一种考虑定子开槽、涡流反作用的双层复合护套高速永磁电机转子涡流损耗通用解析模型。该模型同时考虑了永磁磁场励磁和电枢磁场励磁,可以计算负载磁场作用下的双层复合护套转子涡流损耗。此外,该模型还可进一步拓展至多层复合护套转子涡流损耗计算。通过该解析模型研究了双层复合护套不同护套厚度配比、不同护套材料对转子涡流损耗的影响。最后,将解析计算结果与有限元及C型铁心实验结果进行对比,验证了该解析模型的有效性。

低水头永磁同步发电机磁极结构的优化设计

文章基于低水头流水发电的工况特点和并网原理,建立了永磁同步发电机的数学模型,并提出了相应的解析算法。采取场路结合的方法,分析不同磁极结构对凸极率、磁阻转矩、电感和波形畸变率等参数的影响。利用上述设计分析方法,对一台30 kW的小型低水头永磁同步发电机进行了优化设计,试验结果表明,该优化设计方案具有可行性和正确性。

全封闭永磁电机流体场和温度场的计算分析

为提高全封闭永磁电机的功率密度,以一台全封闭空冷190 kW永磁电机为例,基于计算流体力学和传热学理论,建立电机的三维全域流体与固体耦合的数学模型,给出了电机各个部件的导热系数。采用有限体积法对流体场与温度场进行耦合计算,得到了电机的散热系数及整体的温度分布。此外,分析了不同结构参数对电机内部流线速度的影响,不同定子通风口数量和尺寸对电机温度分布的影响。研究结果表明,有效的通风孔数量和尺寸能够有效降低电机的温度,为全封闭永磁电机的通风系统设计提供了理论依据。

抑制细长型外转子永磁电机局部过热的方法

采用有限元法对细长型外转子永磁电机三维温度场进行仿真计算,分析了电机的温度分布及局部过热点产生的原因,并从定子槽型设计、极槽配合选取、转子内径设计、电机谐波抑制、导热材料运用和冷却系统设计等方面,提出抑制电机局部过热的方法,使电机温度分布均匀。试验结果表明,电机的温度计算结果与实测结果吻合较好,由此验证了仿真分析的正确性及抑制方法的可行性。

低速大转矩永磁电机弱磁特性计算分析

针对内置式低速大转矩永磁电机数学模型以及永磁电机弱磁控制策略,提出适合低速永磁电机弱磁设计的解析计算方法。结合变频器逆变电压和输出电流,分析反电动势、磁路结构、电感等参数与弱磁调速范围的关系。同时,研究分析空载反电动势的选取范围;不同磁路结构对电感、转矩和弱磁范围的影响;交轴磁路饱和对弱磁转矩的影响;定子电阻在弱磁高速段对输出功率的影响。在此基础上试制一台样机,进行了真机验证,证明了理论与计算分析的正确性。

直驱环形永磁同步电机机座结构设计与分析

针对球磨机用无齿轮直驱环形永磁同步电机具有较大的直径与长度比、多对磁极和转速低的特点,介绍了一种分体式定子机座的结构设计方法。首先,依据设计方案推算出机座的主要结构尺寸;然后,使用Creo Parametric软件,在保证整体结构刚度和强度的前提下,建立机座在承受固定载荷下的参数化几何模型;最后,借助Ansys Workbench有限元分析软件对机座进行数值模拟分析,验证设计方案的可行性和合理性。

基于磁场解析和响应面模型的永磁电机优化

本文提出了一种基于混合磁场解析和响应面模型与遗传算法的内置式电机多目标优化设计方法,来实现电机的快速优化设计。本文将等效磁路法与精确子域法相结合,建立出电机空载和负载磁场解析模型,进而计算电机气隙磁密、反电动势以及电磁转矩,并通过有限元法与实验验证了解析模型的准确性。然后将混合磁场解析模型与响应面模型结合得出拟合回归方程,最后以电磁转矩平均值和永磁体体积为优化目标,采用遗传算法进行全局优化,从而获取电机最优方案。优化结果显示,优化后的内置式电机电磁转矩平均值增大了9.6%,永磁体体积减小了23%。

磁致伸缩引起的非晶合金永磁电机振动解析计算

磁致伸缩是引起非晶合金永磁电机振动的主要原因之一。基于压磁方程建立了磁致伸缩引起的非晶合金定子铁心振动解析模型。解析模型求解区域分为定子铁心轭部和齿部子域。以振动位移为求解变量,在轭部和齿部分别建立振动微分方程,采用分离变量法求解偏微分方程,并利用边界条件得到待定系数。在解析模型的基础上,推导出电机振动特性解析计算公式。解析模型适用于计算磁致伸缩引起的径向磁通非晶合金永磁电机振动,可计算电机定子铁心振动位移、速度、加速度和应力。利用有限元法对解析法进行验证,表明了该解析方法的有效性。

高频非晶合金轴向磁通永磁电机温度场计算

高频非晶合金轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗分布不均,所以在电机温度场计算时不能简单地给永磁体赋一个平均生热率,需要根据永磁体不同位置的涡流损耗密度赋相应的生热率。本文将永磁体分成多块,利用有限元分别计算每块永磁体上的涡流损耗大小,给出了永磁体的不同位置涡流损耗分布规律。根据涡流损耗分布规律,改进了的永磁体分块原则,提高了电机温升计算效率。最后,利用有限体积法对考虑涡流损耗分布和未考虑涡流损耗分布两种情况下电机的温升分别进行了计算,结果显示,考虑涡流损耗分布计算出的电机温升结果更接近实测值。

表贴式轴向磁通永磁电机齿顶漏磁的分析计算

分数槽绕组轴向磁通永磁(AFPM)电机的齿顶漏磁较大。在利用等效磁路计算程序调试电机设计方案时,需要准确计算漏磁系数,而准确计算漏磁系数的前提是准确计算齿顶漏磁系数。根据轴向磁通永磁电机磁通路径的分布特点,针对定子齿和磁极不同的相对位置,给出了不同位置角时的齿顶漏磁解析公式。为了验证解析公式的正确性,以一台电机的设计方案为例,采用解析法和有限元法分别计算漏磁系数,结果表明解析计算结果和有限元计算结果具有较好的一致性。最后给出了齿顶漏磁与电机极数之间的关系,为电机设计和优化提供了参考。

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。

基于流固耦合的高速永磁电机冷却结构分析与改进

为研究高速永磁电机的温度分布状态和冷却系统效率,以一台全封闭式15k W、30000r/min高速非晶合金永磁电机为例,分析电机内冷却介质的流动状态和电机温升分布,并通过对比一台结构相似的10k W、2250r/min样机的温升计算结果和实验结果,验证算法的准确性和可靠性。针对全封闭式永磁牵引电机转子发热严重的特点,建立了一套由转子径向风孔隔板作为风扇驱动、自循环轴向-径向混合通风冷却系统,通过流固耦合仿真验证了冷却系统的高效性和可靠性。计算结果表明,通过应用该冷却系统可以有效地降低转子位置的温升,对全封闭式高速永磁电机冷却结构设计具有一定的参考意义。

基于ESMO-DPLL的混合式步进电机主动式阻尼控制

针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题,提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。首先,该方法基于同步旋转dq坐标系下的电机模型,将电流id控制恒为额定电流,利用转速误差调节电流iq生成瞬时转矩,改善电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现转速闭环,提出一种扩展滑模反电动势观测器(ESMO)与双锁相环(DPLL)相结合的无传感器控制方法,ESMO改善了传统滑模观测器的抖振问题,DPLL能消除加减速过程中的稳态误差。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

基于ANSYS的直驱环形永磁同步电机转子支架仿真分析与设计

针对球磨机用无齿轮直驱环形永磁同步电机转速低、载荷重和转矩大的特点,介绍了一种环形转子支架的设计方法。首先,依据设计方案推算出转子支架的主要尺寸;然后,利用Creo软件建立了在承受固定载荷下的转子支架模型,确保整体结构的强度和刚度;最后,通过ANSYS有限元分析软件对转子支架进行仿真分析,验证设计方案的正确性和可行性。

双层永磁体结构高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

对于采用低电导率护套高电导率永磁体的表贴式高速永磁电机,在永磁体和保护套之间增加一层低电导率的永磁体,可有效降低永磁体上的涡流损耗。目前,对于双层永磁体转子结构的电机在使用有限元软件进行转子涡流损耗计算时,因为需要寻求两种永磁体不同厚度配比下的最优方案,所以要进行大量参数化,导致计算时间长、效率低。针对这一问题,该文基于精确子域法,建立了一个考虑定子开槽以及涡流反作用影响的双层永磁体结构转子涡流损耗解析模型,可同时对电枢磁场和负载磁场下双层永磁体结构转子涡流损耗进行求解,并且该模型可扩展至多层永磁体复合结构的转子涡流损耗计算。在此基础上分析了双层永磁体结构下外层永磁体不同厚度和不同材料对转子涡流损耗和内层永磁体消耗量的影响。最后通过有限元仿真和C型铁心实验验证了该解析模型的有效性。

PWM逆变器供电引起的轴向磁通非晶电机谐波损耗的解析计算

非晶合金材料具有出色的低损耗特性,适于用作高频电机的铁心,但PWM逆变器供电会导致高频电机谐波损耗严重增加。在电机初始设计阶段,快速准确计算出谐波损耗是轴向磁通非晶合金永磁电机设计及优化的关键。针对3D时步有限元计算耗时长的问题,改进现有多环等效模型的计算方法,推导了考虑PWM逆变器供电高次谐波电流影响的气隙磁通密度解析计算方法,并在此基础上推导了定子铁心损耗及考虑涡流反作用影响的转子涡流损耗的解析计算方法。将谐波损耗的解析计算值与样机实验值以及3D有限元计算值进行对比,结果显示谐波损耗的平均计算误差仅为9.69%,解析模型具有较高的计算精度。

电磁热储能系统中谐振电路的机理研究

电磁热储能系统中的谐振电路作为电磁向热转换的实现环节,影响着电磁热储能系统的功率和效率。在实际工况下,流经谐振电路中加热管体的高频大电流会使管体的电感发生变化,进而影响系统的功率效率。该文以50kW电磁热储能系统中谐振电路为研究对象,基于有限元瞬态计算方法,确定了求解域内磁共能与电流的变化关系,并基于磁共能函数展开法,准确描述磁链函数,继而得出谐振电路中加热管体的动态电感函数。基于基波分析法,适配了电容,使电磁热储能系统在设计功率下保持高效率的运行。通过进行实验,对比实验值和计算值,谐振电路电压、电流波形和相位相吻合,动态电感计算较为准确。该文对电磁热储能系统谐振电路的设计与研究有一定参考价值。

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。

新型强迫风冷散热结构在高功率密度外转子表贴式PMSM上应用分析

全电动飞机用高功率密度外转子永磁同步电机的损耗主要集中在定子铁心和绕组上,导致传统的强迫风冷方式难以将热量通过机壳、端盖传递到外界。为此,首先,该文提出一种基于热管技术的高性能冷却系统,此冷却系统充分利用热管高导热性能,将热管一端插入定子铁心轭部,另一端连接相应的冷却结构进行散热,并综合对比分析了三种不同散热器结构的散热能力。在此基础上,搭建实验测试平台,对所提出冷却系统的散热能力和平均散热系数进行实验测试。其次,为了提高电机的功率密度,采用单齿铁心绕线工艺,降低了绕组铜耗和质量,并对单齿绕线方式下直流铜耗进行解析建模。最后,设计、制作一台22极24槽全电的飞机用外转子表贴式永磁同步电机(SPMSM),测试样机在不同飞行工况下的温升分布情况,验证了所提出冷却系统的有效性。

磁致伸缩引起的非晶合金铁心振动解析计算及影响因素

磁致伸缩是引起非晶合金电机振动噪声显著增大的主要原因之一。基于压磁方程建立了磁致伸缩引起的非晶合金圆环铁心振动解析模型。解析模型以振动位移为求解变量,采用分离变量法求解振动微分方程。解析模型可用于计算磁致伸缩引起的非晶合金铁心振动位移和振动加速度。通过测试不同加工工艺非晶合金铁心样品的振动,得出叠压和卷绕、浸漆和退火对非晶合金铁心振动的影响规律,确定不同加工工艺非晶合金铁心振动计算修正系数。本文研究工作为非晶合金电机振动噪声的研究奠定了基础。