中心部分分段Halbach永磁同步轮毂电机解析计算与优化设计

针对永磁同步轮毂电机转矩脉动和涡流损耗大的问题，提出一种主磁极中心部分分段结构。采用Halbach充磁方式，永磁体主磁极中心部分分段，边界磁极与主磁极不等宽不等厚。首先，在二维极坐标系下构建解析模型，采用精确子域模型法，对解析模型在空载、电流源激励及负载下的气隙磁密和转矩进行计算。其次，建立10极12槽永磁同步电机模型并对其进行有限元仿真验证，提出一种分级优化方法，对电机结构参数进行优化，从而达到降低永磁同步电机气隙磁密谐波畸变率、转矩脉动及涡流损耗的目的。最后，与相关8种磁极结构永磁同步电机模型的各项电磁性能展开对比。结果表明：分级多变量多目标优化算法提高了优化效率与精度；十字型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著减小涡流损耗，有利于牵引电机过载运行；H型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著降低转矩脉动，提高电磁转矩和机车稳定运行能力。     

永磁同步电动机中永磁体的三维涡流分析

有效准确地分析在正弦电压驱动下永磁同步电动机中永磁体的涡流损耗是研究实际电机发热及温升的关键。该文利用有限元方法,建立了场路紧密耦合的三维模型,对一台500 kW/60 H z内嵌式永磁同步电动机进行仿真研究,分析了在三相正弦电压源驱动下的气隙旋转磁场、转矩及考虑时间谐波作用下永磁体的涡流损耗,并阐明了电流的不同谐波分量对永磁体涡流损耗的影响。分析结果表明,轴向分割永磁块能将永磁体中涡流损耗降低至50%,并且减小齿槽谐波电流也能有效地降低永磁体中涡流损耗。     

永磁同步电动机中永磁体的三维涡流分析

有效准确地分析在正弦电压驱动下永磁同步电动机中永磁体的涡流损耗是研究实际电机发热及温升的关键。该文利用有限元方法,建立了场路紧密耦合的三维模型,对一台500kW/60Hz内嵌式永磁同步电动机进行仿真研究,分析了在三相正弦电压源驱动下的气隙旋转磁场、转矩及考虑时间谐波作用下永磁体的涡流损耗,并阐明了电流的不同谐波分量对永磁体涡流损耗的影响。分析结果表明,轴向分割永磁块能将永磁体中涡流损耗降低至50%,并且减小齿槽谐波电流也能有效地降低永磁体中涡流损耗。     

高效永磁调速器的损耗计算与分析

针对高效永磁调速器各部件的电磁损耗相关问题,以一台1 MW高效永磁调速器为例,基于对损耗的理论分析和涡流场理论,建立了运动涡流场的三维有限元分析模型.利用时步有限元法,对1 MW高效永磁调速器的铜盘损耗、永磁体涡流损耗以及永磁体背衬钢盘对转矩的影响进行了详细的分析与计算.通过对1 MW高效永磁调速器的实验分析和有限元仿真,验证了分析与计算的正确性和规律的实用性.最后深入分析了分段永磁体对永磁体涡流损耗的影响,为永磁调速器的效率分析、散热设计以及损耗优化提供了理论依据.     

轴向磁场无铁芯永磁电机绕组涡流损耗分析与计算

为了提高定子无铁芯轴向磁场永磁(AFPM)电机中绕组涡流损耗计算的准确性,首先推导了该电机的3D磁场解析模型,并利用3D有限元分析验证了模型的有效性;其次,结合3D解析磁场分析结果,对样机的无铁芯绕组涡流损耗进行了分析计算,不仅考虑了磁密3个方向分量及各方向谐波分量,还对绕组进行了轴向分层,考虑了轴向位置对损耗的影响;最后,对样机进行了实验测定,将基于3D解析磁场计算的无铁芯绕组涡流损耗结果同经验公式及实验测试结果进行了对比分析.结果表明:考虑了3D磁场特性、谐波成分及轴向分层的涡流损耗计算方法大大减少了计算误差,在所研究转速范围内比经验公式计算值均高出34%左右,更接近实际情况.     

基于双重傅立叶变换的永磁转子涡流损耗分析

为了优化永磁转子结构,降低转子涡流损耗,分析了表面贴式高速永磁同步电机气隙磁场齿槽效应产生的转子涡流损耗.研究了表面贴式永磁同步电机转子永磁体磁化模式,建立了永磁同步电机转子涡流损耗数学模型,分析了永磁同步电机静态气隙磁场,提取气隙磁场样本数据.采用双重傅里叶变换,研究和比较了四极永磁同步电机永磁体在Halbach磁化和平行磁化时,由齿槽效应引起的气隙磁场时空谐波和对应的转子涡流损耗,并采用瞬态有限元法计算了空载时的转子涡流损耗.结果表明:永磁体采用Halbach磁化模式,能够有效降低气隙磁场高次谐波,转子涡流损耗约为平行磁化时的34%.     

基于三维有限元法U型单相自起动永磁同步电机涡流场与温度场的分析计算

为了抑制转速波动、降低振动,同时提高电机带载起动能力,在原单相自起动永磁同步电机转子外侧加了铜皮套筒.采用A,φ-A三维有限元法对涡流场进行了计算,得到了铜皮套筒内的涡流和涡流损耗.在此基础上结合利用流体相似理论得到的散热系数,针对所建立的三维温度场进行了有限元计算,分别得到了铜皮套筒内涡流损耗、永磁体平均温度与套筒厚度之间的关系曲线.将计算结果与实测值进行了对比,验证了分析计算方法的可靠性.     

烧结钕铁硼电机磁体粘接工艺研究

正一、引言在稀土永磁电机应用中,由于钕铁硼永磁材料的居里温度较低,温度系数较高,因而在高温使用时磁损失较大。早期在小容量的PMSM设计中,转子温升问题并没有引起学者们足够的重视。实际上,定子齿槽效应、绕组磁动势的非正弦分布和绕组中的谐波电流所产生的谐波磁动势也会在转子永磁体、转子轭和绑扎永磁体的金属护套中引起涡流损耗。通常情况下,与定子的铜损和铁损相比,转子涡流损耗很小,所以很少有人研究转子涡流损耗对转子永磁体的影响。永磁体内是存在涡流的,并且随着电机功率的提高,永磁体的体积变大,加之转子散热差,该损耗会引起较高温升,在极     

定子槽口宽度对同步电机永磁体涡流损耗影响

采用二维时步有限元法,系统地分析变频供电条件下高功率表贴式永磁同步电机定子槽口宽度对电机漏抗、功率因素、绕组电流、气隙磁密等参数的影响,从而确定永磁同步电机（PWM）波供电下槽口宽度对永磁体涡流损耗的影响. 分析表明,定子槽口宽度由6.0 mm变为2.5 mm,电机漏抗增加,由高直流母线电压变频供电引起的电枢纹波电流得到较好抑制,高次谐波电流得到很好过滤,气隙磁密高次谐波幅值减小,永磁体涡流损耗减小可减小近40%. 同时,对两台不同槽口宽度样机进行永磁体温升试验,验证了分析方法和计算结果的正确性.      

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.     

电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响

针对转子带护套伺服永磁同步电机运行过程中永磁体温升较高的问题,本文以一台2 000r/min、12.5kW的伺服永磁同步电动机为研究对象,对变频驱动时永磁电机的温升问题进行了研究.测试了样机额定负载下变频器供电时的相电流,通过傅里叶分解计算出电流各次谐波值.建立了永磁电机二维瞬态电磁场方程,计算出不同电流谐波在护套内产生的涡流损耗.并建立了三维温度场模型,对电机各部分的温度分布进行求解.经计算分析可知绕组内谐波次数位于控制电路载波比附近的电流时间谐波,将导致电机永磁体温升明显变大.将计算所得的电机温度分布与实测结果进行对比,验证了计算结果的正确性.     

基于三维运动涡流场分析的永磁涡流联轴器特性

基于三维运动涡流场的有限元模型,分析了永磁涡流联轴器的电磁场分布,进而计算出主从转轴传递的功率和转矩.并研究了永磁体和铜盘的尺寸对装置特性的影响,得到永磁涡流联轴器的初步优化设计方案.永磁体占空比a确定在0.7左右;永磁体厚度hm选在其与输出功率P的关系曲线的拐点处较为合适;确定永磁极对数时,应根据不同的永磁体占空比确保扇形永磁体平均半径处的弧长l与径向宽度wm之比在相应范围内;铜盘厚度hcu在6~9mm范围内选取;铜盘内外径应根据铜盘径向宽度wcu与wm比值在1.2~1.6之间确定.最后通过样机实验验证了计算方法的正确性.     

基于前馈补偿的永磁同步电机电流谐波抑制方法

为抑制永磁同步电机电流的谐波,提出了一种前馈补偿的方法。通过对电机dq轴电流的Fourier分析,研究电机dq轴电流谐波的频率组成及其产生原因。利用前馈补偿的方法,对不同频率的电流谐波分别进行补偿。通过自动搜寻算法,得到补偿电压的幅值和相位,对电机的不同运行状况进行在线补偿。在搭建的1.25kW的永磁同步电机系统上进行了实验,经前馈补偿后,dq轴电流的6、12次谐波降低了85%左右。     

基于补偿的内置式永磁同步电机的谐波治理

为了抑制内置式永磁同步电动机的谐波,提出了一种前馈式补偿联合磁通补偿的治理方法。通过对内置式永磁同步电动机的谐波分析,研究了谐波的主要频率组成及产生原因。根据产生谐波原因不同,采用不同的补偿方法。对于齿槽效应引起的谐波,利用自动搜索算法找到相似的补偿量。根据前馈式补偿的方法,对不同组成部分的谐波分别进行了补偿。对于转子磁通变化引发的谐波,利用磁通补偿器来抑制它。最后,在matlab/simulink建立永磁同步电动机仿真模型,对计算结果进行仿真。仿真结果显示,dq轴谐波及电磁转矩谐波都得到了有效的抑制。     

基于等效磁路的PMECD变种群规模遗传多目标优化设计

基于等效磁路模型,提出了一种使用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法进行永磁涡流驱动器的多目标优化设计的方法.首先建立磁场分析模型,推导关键参数的解析表达式.在此基础上,以永磁体厚度、极弧系数、铜盘厚度以及永磁体个数为变量,以输出转矩、转动惯量和驱动器体积为优化目标,提出了基于熵值权重的永磁驱动器多目标优化函数,然后应用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法来优化结构尺寸.优化结果得到了实验以及有限元仿真的验证,并且与其他算法进行了比较.结果表明,相比其他优化算法,该基于解析模型的变种群规模遗传算法在结构参数优化设计中有很好的计算效果.     

永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究

永磁涡流耦合器作为一种传动装置,传递转矩的有效计算是评价其传动性能的重要指标.针对一台6磁极对数、额定输入转速1450r/min的永磁涡流耦合器,首先,根据耦合器几何结构,采用有限元方法对磁力线走向进行了仿真分析,获得永磁涡流耦合器的磁路分布,进而通过分析漏磁边界条件得到了泄漏磁阻和有效磁动势;其次,建立导体盘涡流的坐标系,根据趋肤深度和安培环路定律,考虑磁场分布的连续性和对称性,构建了耦合器的磁感应强度方程;然后,根据导体盘涡电流密度和电导率的数学关系,同时考虑三维端部效应,得到了传递转矩的解析结果;最后,建立样机试验平台和三维有限元模型对该方法进行验证.结果表明,在一定的转速差范围内,所提计算方法具有较好的精度,相对误差在6%以内.采用该方法对永磁涡流耦合器的设计优化提出了一些合理化建议.     

机铁耗磁体斜边永磁电的解析计算

在Slemon和Xian Liu表面置磁型永磁电机改进铁耗算法的基础上,分别推导了考虑磁体边缘斜角时定子齿与轭的磁通密度的幅值及其时间变化率的表达式,结合涡流损耗的基本概念,分别提出了永磁电机定子齿与轭的平均涡流损耗密度的解析计算方法,由此建立了永磁电机铁耗的解析模型。经实验测试和分析可知,实验结果与模型计算结果基本吻合,证明此方法正确、可靠。解析法计算精度高,与电机尺寸及材料属性的关系明显,为永磁电动机的设计和优化提供了有力的工具。