轴向磁通定子无铁心发电机磁场解析及转子优化设计

定子无铁心轴向永磁发电机(CAFPMSM)具有结构简单、启动转矩低、功率密度高等优点,在小型风力发电机、汽油发电机等场合具有潜在应用前景。但CAFPMSM的转子磁场呈现典型的三维特性,其对无铁心绕组损耗的影响有别于传统电机。基于对电机转子磁场等效磁路的解析结果,以优化电机输出电压畸变率、降低电机绕组损耗为目的,通过加入导磁极的方式,对电机的转子结构进行优化设计。首先建立新型结构电机磁路等效模型,计算各磁路磁阻以及漏磁系数,然后利用有限元软件,验证理论解析的准确性,最后设计制造试验样机,并对其进行反电动势以及绕组涡流损耗测试。试验结果表明,新型结构电机反电动势波形畸变率、绕组产生的涡流损耗及绕组温升均有所降低。

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。