转子内部开槽对分段永磁同步电机齿槽转矩的影响

本文针对永磁同步电机产生较大齿槽转矩的问题展开研究,探究了齿槽转矩产生的机理,分析了气隙磁密波形对齿槽转矩的影响。以此为基础,验证了在永磁体上侧转子处开槽的正确性和可行性。以3相8极48槽内置分段“一”字型永磁同步电机为例,在永磁体上侧的转子处开设不同形状和位置的辅助槽,分析不同位置、不同形状的辅助槽对电机的齿槽转矩、反电势、气隙磁密和气隙磁密谐波幅值的影响规律。结果表明,与其他四种槽型相比,直角梯形辅助槽对齿槽转矩的削弱效果最好;确定了最佳匹配参数,并与优化前的电机进行比较,优化后的电机改善了气隙磁密波形的正弦性,表明在永磁体上侧的转子处开槽可以改善电机性能。     

关于同步电机齿谐波计算的进一步讨论

本文对文献[3]导出的齿谐波电势计算公式作了进一步讨论.文中考虑了定子每对极下的槽数S对计算气隙磁密公式的影响,指出当谐波次数n=mS时,则这些谐波电势只与转子气隙磁势和平均气隙磁阻有关.     

异步化超高压发电机转子结构优化

为了减小异步化超高压同步发电机气隙磁密的谐波影响,改善感应电动势波形,对异步化超高压同步发电机进行结构优化;采用有限元方法对异步化超高压同步发电机不同转子绕组的连接方式及槽型进行了仿真分析,得到了气隙磁密和感应电动势的谐波含量.结果表明:采用双层叠绕组连接方式和半开口槽型的转子结构时,异步化超高压同步发电机的感应电动势谐波含量能达到国标要求,并能提高该类电机运行的可靠性.     

基于定子槽结构的永磁同步电机振动噪声优化

为了改善永磁同步电机一阶齿谐波引起的振动噪声,本文基于ANSYS Workbench多物理场耦合平台,对电机电磁噪声进行联合仿真,优化电机振动噪声。分析了一阶齿谐波引起的振动噪声所在的空间与时间阶次,通过对定子结构优化的方式降低电机的振动噪声。分析了定子槽的各种参数对电机气隙磁通密度的影响,并通过回归分析的方式得到其对电机气隙磁密的回归模型,通过优化算法找到最适合定子槽参数。经仿真分析表明优化后的电机气隙磁密得到明显改善,0空间阶次由12倍电磁频率引起的48时间阶次的电磁噪声得到了显著降低,证明了优化方案的可靠性。     

鼠笼转子磁力联轴器空载气隙磁场有限元分析

为得到鼠笼转子异步磁力联轴器内部磁场的直观分布情况,首先给出了空载磁场理论分析,其次运用ANSYS软件对影响该磁力联轴器气隙磁场的主要因素:磁极数、永磁体厚度、内转子槽数、槽宽和槽深进行了模拟分析.结果表明当磁极对数为14极,永磁体厚度为8mm,槽数为24槽,槽宽为8mm,槽深为18mm,在安装允许的范围内气隙长度为最小时磁力联轴器的气隙磁密最大.鼠笼转子异步磁力联轴器的有限元分析方法为该类联轴器的结构优化设计提供了一种新思路.     

基于定子齿齿肩削角的内置永磁电机齿槽转矩削弱方法[JP]

为削弱电动汽车用内置式永磁同步电机的齿槽转矩,提出了一种定子齿齿肩削角的方法。建立定子齿齿肩削角前后的气隙长度等效模型,推导有效气隙长度分布函数,分析定子齿齿肩削角降低气隙磁密低次谐波幅值,削弱齿槽转矩的机理;以三相8极36槽内置式永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿齿肩削角的不同形状和尺寸进行仿真分析,获得最优参数匹配。结果表明,定子齿齿肩椭圆形削角有效降低了气隙磁密谐波幅值,提高了电机反电势波形正弦性,削弱了齿槽转矩;优化后的电机齿槽转矩的峰值降低了77.2%,反电动势的9,13,15,17,19和21次谐波幅值明显下降,电机的输出品质显著提高。所提方法通过改变气隙长度分布函数,减小了气隙磁密特定谐波,可有效削弱永磁电机的齿槽转矩,为同类型电机齿槽转矩的优化提供参考。     

一种低速定子无铁芯AFPMSG的性能参数分析

针对永磁发电机电能质量低及永磁材料成本高的问题,研究了一种双外转子内定子无铁芯轴向磁通永磁发电机气隙磁密、电压调整率和电磁转矩波动的性能参数.阐述了发电机电磁结构及优点,借助三维有限元分析方法,优选一种"切饼"型磁极结构及关键参数.在综合考虑提高永磁材料利用率基础上,对比分析极弧系数、永磁体厚度和气隙长度等参数对所研究发电机性能的影响.磁极结构及参数优化表明,文中所研究的"切饼"型磁极结构功率密度最大,永磁体用量比梯形结构减小了11.5%,电压波形畸变率减少26.2%,提高了发电机性价比.样机的输出性能测试验证了该参数设计的正确性和有效性.     

新型双盘磁齿整流发电机结构及运行特性

为了实现波浪能的采集与高效转换,加快波浪能开发利用,提出一种新型双盘磁齿整流发电机(double disk magnetic tooth rectifier generator,DDMTRG)。首先,介绍发电机的结构特点和整流原理,结合盘式转子和磁齿轮工作特点分析其结构参数;其次,采用气隙比磁导法及有限元仿真分析该发电机的空载电磁特性和负载输出特性;第三,基于矩角特性分析磁齿轮的带载能力,由外定子各典型位置磁密特征解析该发电机铜耗和铁耗;最后,讨论外定子、盘式转子和磁齿轮结构参数对该发电机运行特性的影响规律。研究结果表明：该电机可将浮子的上下浮动转换为发电机单一方向的旋转运动,实现了波浪运动的整流,效率在94%左右,能量利用率较高;空载气隙磁密和电动势波形正弦性较优,计算结果基本吻合;磁齿轮结构参数对该发电机运行特性影响较大,当盘式转子外圆周永磁体极弧系数为0.6,厚度为4.5 mm,气隙长度为0.5 mm,轴向长度为100 mm,磁齿轮半径为35 mm,长度为40 mm,磁齿轮外圆周永磁体厚度为4 mm,极弧系数为0.8时,双盘磁齿整流发电机的性能较优,发电效率较高,磁齿轮带载能力较...     

内置式U形永磁同步发电机转子结构优化

针对永磁同步发电机齿谐波含量大、电压畸变率高及存在齿槽转矩的问题,对内置式U形永磁同步发电机转子结构进行了优化.研究了齿槽转矩产生的原因,以6极72槽内置式U形永磁同步发电机为例,利用有限元方法分析磁极偏移程度及非均匀气隙程度对齿槽转矩及电压畸变率的影响.分析了圆形轴向转子通风道位置对永磁同步发电机性能的影响.结果表明:磁极偏移可以使齿槽转矩相位发生周期性变化,当磁极偏移0.5齿距时,所对应齿槽转矩最小,约为原来的25%;永磁同步发电机的齿谐波含量、电压畸变率及齿槽转矩随非均匀气隙程度的增加而降低;当转子通风道位置处于合适位置时,在去磁最严重的情况下,永磁体最小磁密面的磁密最大,说明适当的转子通风道位置可以降低永磁体的退磁风险;对于文中发电机,当转子通风道位置顺时针偏转2°机械角度时,永磁磁钢最小磁密面的磁密最大为0.331 7 T.     

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%.     

车用永磁轮毂电机解析建模与齿槽转矩削弱

为了提高永磁电机设计和优化的效率,避免有限元软件建模、计算耗时长的缺点,建立了定子齿上开有辅助槽的表贴式永磁电机的解析模型。在二维极坐标下以矢量磁位为位函数,在各个子域建立拉普拉斯方程或泊松方程,根据分离变量法求解各子域矢量磁位的表达式,并利用各子域的边界条件求得相关的谐波系数,推导了该永磁电机模型空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势公式。然后,计算了一台车用轮毂外转子32极48槽永磁电机在空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势,并通过有限元法和齿槽转矩实验验证了解析模型的有效性和精确性。此外,基于解析模型优化了该轮毂电机的齿槽转矩,将齿槽转矩削弱了37.2%。     

定子槽偏移的内置式永磁同步电机的优化与分析

为降低永磁同步电机齿槽转矩和提高电机输出性能,以三相8极36槽内置组合式永磁同步电机为例,提出了一种电机定子槽偏移的方法。首先,通过理论推导定子齿气隙磁导函数,建立电机定子槽偏移数学模型;其次,对不同定子偏移槽数下不同偏移角度的齿槽转矩峰值、输出转矩以及转矩脉动的影响做出分析,利用自适应遗传算法确定电机定子偏移槽数偏移角度下的目标值;最后,通过试制样机进行实验。结果表明,优化后的电机齿槽转矩峰值降低了49.56%,转矩脉动降低了39.2%,平均输出转矩得到适当提升,气隙磁密谐波得到适当降低,同时,平均输出转矩增大,电机输出性能得到提升。所提定子槽偏移结构及多目标联合仿真方法具有一定的合理性和有效性,可为同类型电机的齿槽转矩优化和输出性能提高提供参考。     

双定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型

传统双绕组无轴承开关磁阻电机旋转转矩与悬浮力之间存在着复杂的耦合关系,而双定子无轴承开关磁阻电机结构上实现了转矩和悬浮力的独立控制,从而简化了控制的复杂性.基于双定子无磁阻电机的结构和运行原理,提出了一种考虑转子偏心影响的径向力分析方法,推导出了该电机的径向力解析模型.在建立内定子等效磁路的基础上,求取了由气隙磁导表示的悬浮绕组的自感和互感表达式,进一步分析出转子偏心位移、电机结构参数、悬浮绕组电流与转子径向受力之间的数学关系,与有限元分析结果比较验证了数学模型的正确性.该数学模型的重要贡献在于提供了转子偏心运行时径向力的解析计算方法,为双定子无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮旋转控制提供了基础,同时为磁轴承和无轴承类电机转子偏心时的径向受力分析提供了参考.     

磁场调制型永磁容错轮缘推进电机设计与优化

针对永磁容错轮缘推进电机定子槽数过多、电机质量较大、转矩密度较低的问题,提出一种磁场调制型永磁容错轮缘推进电机结构.采用解析法分析了电机的工作原理,采用单参数扫描法研究了定子关键结构参数对电感和反电动势的影响,采用响应面法和多目标遗传算法对电机进行优化,得到最优的定转子参数.利用有限元仿真软件分析了电机的气隙磁密、反电...     

永磁同步电机转子偏心磁场解析计算

为了快速准确计算两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM)各种转子偏心参数下的磁场分布,提供研究转子偏心对电机性能影响的有效方法,利用子区域法和摄动法,在二维极坐标平面内建立了考虑定子齿槽效应时的SCPMSM转子偏心磁场解析模型;将求解场域划分为永磁体、气隙和定子槽3类子区域,分别用对应的控制函数来表达,各区域之间用边界条件连接,利用边界条件求出控制方程通解的各个谐波系数。根据摄动理论,将磁场的0阶分量和1阶分量叠加获得相应子域转子偏心磁场分布,利用麦克斯韦应力张量法计算了转子静态偏心以及动态偏心引起的不平衡磁拉力。以一台2极12槽平行充磁SCPMSM为例,将转子偏心磁场以及静态偏心和动态偏心不平衡磁拉力的解析计算结果与有限元计算结果进行对比,验证了解析模型的正确性。     

无轴承外转子异步电动机的设计及有限元分析

为了提高飞轮储能系统运行的精度和可靠性,减小转矩脉动及悬浮脉动对系统运行的影响,对无轴承外转子异步电动机径向悬浮力及转矩与电动机结构参数的关系进行了分析,提出了减小转矩脉及悬浮脉动的一般方法.介绍了无轴承异步电动机工作原理,基于此推导了电动机数学模型.结合传统异步电动机设计方法,设计了一台功率为0.5 k W,转矩绕组极对数Pt=2,径向悬浮力绕组极对数Ps=1的无轴承外转子异步电动机.基于有限元软件计算了无轴承外转子异步电动机的磁场分布,确定径向悬浮力、转矩和悬浮绕组电流之间的关系,并得到电动机气隙长度和磁场饱和对径向悬浮力的影响规律,而且考虑了不同槽配比和定子极弧系数对悬浮力及转矩的影响.结果表明,当电动机转矩绕组电流和悬浮绕组电流分别为额定电流2.5 A和2.0 A时,转矩为1 N·m,转子径向悬浮力为105 N,能够实现转子的稳定悬浮.     

带负载异步起动高速永磁同步电动机设计

针对纺织机械设计了一台可带额定负载异步起动的高速永磁同步电动机.利用有限元方法对电机进行了磁场分析,准确计算了空载漏磁系数和计算极弧系数,并与磁路计算相结合得出初步设计方案.着重研究了定子绕组参数、转子槽形、导条材料和永磁体尺寸等对电机起动转矩和牵入同步特性的影响.当所设计电机永磁体轴向长度比电机长度短5 mm时,平均...     

开关磁阻电机结构优化设计及其三维图解法

开关磁阻电机具有结构简单、工作可靠、成本低、输出扭矩大等优点,但也存在转矩脉动大的不足,限制了它的应用范围.为抑制其转矩脉动,提出一种新型定子结构,在定子磁极端部两侧加入一个楔形角,减小气隙在定转子开始重合时的突变,降低了气隙磁场能量骤变,进而减小转矩脉动.首先分析了该特殊楔形结构各参数对平均转矩及转矩脉动的影响.在此...     

多相无刷励磁系统励磁机定子电流谐波特性

由于无刷励磁旋转整流器与转子一起旋转,整流器的故障无法得到直接的监测,但依据故障在定子励磁绕组中反映的特征来实现监测是一种有效的途径。为此,首先分析了正常运行及旋转整流器一管开路时多相无刷励磁机的电枢电流及其产生的电枢反应磁势,进而得到了2种运行状态下多相无刷励磁机定子电流谐波特性;最后对系统进行了仿真,通过谐波分析得到了励磁机定子电流的谐波特征,仿真结果与理论分析相符。该方法为分析旋转整流器不同运行状态对励磁机定子电流谐波特性的影响奠定了基础,可应用到对多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断的进一步研究中。     

水轮发电机定子铁芯的磁振动

本文研究水轮发电机定子磁势次谐波、转子偏心和气隙不对称三种原因引起的定子铁芯磁振动的特征和规律。提出利用“槽磁势矢量法”分析、计算由负载电流和因转子偏心引起的平衡电流产生的磁势次谐波幅值的方法,并对正常接法的电机导出简单的计算公式。文中提出次谐波振动模拟试验的方法,介绍了模拟试验结果,同时对我国某电站一台TS1350/138-96型水轮发电机的实测试验结果进行了分析。