轴向磁通电机中Halbach阵列永磁体的解析优化方法

为了进一步增大采用软磁复合材料铁心的轴向磁通永磁电机的电磁转矩,针对其不等宽的两段式Halbach阵列永磁体进行解析优化,利用无槽2D等效模型和有槽气隙相对磁导率解析了气隙磁场和电磁性能;进而基于电磁转矩的导数和复化求积公式推导了使电磁转矩最大化的Halbach阵列最优轴向充磁系数的表达式;采用轴向磁通永磁电机的3D有限元方法分析验证了气隙磁场、反电动势、电磁转矩以及Halbach阵列最优轴向充磁系数的解析解的准确性。Halbach阵列解析优化的结果表明:当轴向充磁系数为0.82时,轴向磁通永磁电机的电磁转矩达到最大;最优轴向充磁系数取决于极对数、永磁体厚度、电机径向尺寸和气隙宽度等;当极对数为5时,最优轴向充磁系数会随着永磁体厚度的增加而减小,而电机径向尺寸的增加会导致最优轴向充磁系数的增大;气隙宽度对最优轴向充磁系数的影响较小,基本可以忽略。     

基于SVM的双辅助永磁体Halbach阵列潜油永磁同步电机优化设计

气隙磁通密度的谐波和基波幅值直接影响潜油永磁同步电机的性能,为了对潜油永磁同步电机的气隙磁密进行分析和优化,设计一种双辅助永磁体Halbch阵列结构表贴式潜油永磁同步电机并对该结构进行优化。该电机的永磁体采用Halbach充磁方式,其中主磁体采用径向充磁方式,双辅助磁体分别采用不同方向的平行充磁方式;双辅助磁体与主磁体不等厚且不等宽。为了降低计算成本,提高计算效率,采用支持向量机的非线性回归模型对优化目标拟合,通过有限元方法对优化前后的潜油永磁同步电机进行对比。结果表明,双辅助永磁体Halbach结构能有效降低气隙磁通密度的谐波,且可以提高其基波幅值。     

多齿型定子的开关磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种多齿型定子铁芯结构的开关磁通永磁电机,并建立电机参数化模型。以电机定/转子之间间隙、永磁体厚度、定子齿宽等参数作为分析变量,基于有限元分析软件对多齿型开关磁通永磁电机的气隙磁密、齿槽转矩等电磁特性进行分析,为直驱型纯电动汽车所用电机的设计及优化提供参考。     

高速电机电磁轴承的支承刚度研究

分析了电磁轴承支承刚度与系统结构参数以及气隙静态偏置磁通密度的关系。利用有限元法分析了电磁轴承内的电磁场,得到了气隙静态偏置磁通密度和电磁轴承内的等磁位线分布,在此基础上计算了高速电机的支承刚度,并证明了电磁轴承支承刚度的各向同性,为高速电机电磁轴承设计提供了依据。     

新型混合动力汽车全数字电力驱动系统的研究

混合动力汽车电机要求高效、高功率密度、低脉动转矩,普通电机显示出了其局限性;Halbach电机是一种新型永磁电机：独特的永磁体结构使其磁极磁场呈单边且正弦分布,在增加气隙磁通密度、削弱转子轭部磁通密度的同时,又可减少磁场谐波,这有利于提高电机的功率密度和效率、减小电机的体积和脉动转矩;基于MATLAB的Halbach电机设计软件和基于ANSYS有限元分析软件极大地减少了样机设计时间;针对Halbach电机特点设计了基于DSP2407A混合动力汽车全数字电力驱动系统,实验结果证明Halbach电机在混合动力     

基于ANSYS的爬壁机器人永磁轮吸附装置的设计与优化

为解决钢质壁面与永磁轮之间吸附性能弱的问题,通过有限元分析方法研究永磁吸附装置,在永磁体尺寸不变的前提下对磁路展开优化,设计一种磁极同名阵列排布的新型永磁轮。对该吸附装置进行数值仿真分析,得到不同条件下永磁轮与钢制壁面之间的吸附力及轮磁通密度矢量图,借助于仿真软件对永磁轮的合理性进行验证,并对轭铁厚度和钢制壁面间不同气隙进行数值仿真,选取最优值,为爬壁机器人永磁吸附结构设计及优化提供参考。     

永磁球形电机定子绕组的永磁体模型及磁场分析

采用等效磁网络法分析了永磁球形电机定子磁场．在永磁体的体电流模型基础上,推导了电流密度与永磁体磁化强度的关系,得到了定子绕组的永磁体模型．在此基础上,在柱坐标下对分析模型进行剖分,并将不同磁场边界条件表达为磁阻单元对应节点或支路的不同状态,建立了永磁球形电机定子绕组磁场的二维等效磁网络模型．推导了各单元磁阻及磁动势的表达式,并利用平均磁能法求得了磁通密度在空间的分布．结果表明,定子绕组近场和远场具有不同的分布特征,远场时磁通密度小且变化相对平缓．通过与有限元法的析结果比较可知,相对误差均在6％左右,证明了所提方法具有较好的计算精度．     

电动汽车用可变磁通外转子轮毂直驱永磁电机研究

针对电动汽车用轮毂直驱电机技术研究现状,提出一种新型外转子结构的可变磁通永磁电机(variable flux permanent magnet motor, VFPMM)。首先提出该电机的结构拓扑,结合钕铁硼(Nd Fe B)永磁体转矩增强和铝镍钴(AlNiCo)永磁体磁通可变的特点,分析磁通调节的机理。其次,讨论电机的电磁设计规律,分析和推导永磁体的设计和计算方法,并在此基础上设计1台功率为3 kW的样机。通过有限元仿真,分析设计样机的磁化特性,获得电机的基本运行性能曲线和效率map图,验证所提电机设计的合理性。最后,制作实验样机。研究结果表明:该样机的恒功率调速范围宽,动态性能良好,全局效率较高,满足设计指标要求。     

非对称交错混合励磁爪极同步电机调磁性能三维有限元分析

为深入研究非对称交错混合励磁爪极同步电机的调磁性能,分析了该电机的磁路结构特征和调磁原理.采用三维有限元方法计算了不同直流励磁电流下的空载电机磁场,给出了不同励磁电流时电机气隙磁场分布及每极气隙磁通变化情况.设计制作了一台2 kW样机,对样机进行了调磁性能实验,实验结果与三维有限元计算结果吻合.实验结果表明,只需相对较小的励磁电流便可实现气隙磁通的宽范围调节.该研究工作表明,所提出的电机结构新颖,调磁性能良好,电机效率较高,可满足宽调速同步电动机的需要.     

一种动圈式约束活塞电机的结构优化与性能分析

为进一步降低约束活塞式内燃直线发电系统的推力波动,提高系统输出性能,提出一种动圈式约束活塞电机,由绕组线圈作为动子往复运动进行发电。利用JMAG软件建立了约束活塞电机的有限元计算模型,分析了系统性能的影响因素,完成了约束活塞电机的永磁体排列方式、布置尺寸及外磁轭厚度的优化设计,并对约束活塞电机优化前后的性能进行了对比分析。优化结果表明:永磁体1、3、5的轴向尺寸和外磁轭厚度均为7 mm,动子线圈以3.25 m/s的速度运行时,约束活塞电机的输出性能达到最优;电路外接电阻为10Ω时,负载电流较优化前提高了18.6%。     

新型永磁转子偏转式三自由度电机磁场特性分析

在简述永磁转子偏转式三自由度电机的工作原理和优越性能的基础上,针对该新型永磁多自由度电机的结构提出了气隙磁场的计算方案,建立了球坐标下标量磁位和气隙磁通密度的计算公式。同时基于三维有限元软件,建立起转子磁场模型并进行仿真计算,给出了不同充磁模式下的磁通密度分布情况,与解析计算结果进行了对比验证。理论分析和计算结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,其结果可为进一步的研究和实验设计提供借鉴和参考。     

非均匀磁极盘式无铁心永磁ISG电机设计与分析

为了提高集成式起动-发电机(ISG)的输出特性,降低电机成本,利用Halbach阵列永磁体理论,结合盘式电机三层叠式绕组技术,提出非均匀极弧长度Halbach盘式无铁心永磁ISG电机。首先,分析了电机结构及特点和电磁场计算过程。其次,以电机气隙磁场分布作为设计指标,利用三维有限元分析软件对电机的永磁体极弧比例、电枢直径比、转子轭部厚度等结构参数进行参数化优选。与预估结构参数对比表明:优选后电机永磁体主副磁极比例为5∶2∶1∶2时,气隙磁密基波幅值提高了9.72%。三层叠式绕组可增加线圈有效边长度,提高气隙磁场利用率,感应电动势平均值增加了8%。     

考虑开槽和饱和时鼠笼异步电动机谐波的解析计算

为了在设计阶段降低异步电动机电磁振动噪声,有必要计算气隙磁通密度谐波。该文提出了考虑开槽和饱和时鼠笼异步电动机电流谐波和气隙磁通密度谐波的解析计算方法。建立求解稳态电流谐波的数学模型,再由电流求出总磁动势和气隙磁通密度谐波。电流谐波与磁通密度谐波之间的相互依赖关系可利用多次求解来处理。与实测结果和有限元法计算结果的比较验证了该方法的有效性。该解析法可应用于气隙磁通密度谐波的快速计算,尤其对于中大型异步电动机有重要的实用价值。     

直线磁场调制电机功率因数优化设计

为提高直线磁场调制电机功率因数,通过推导直线磁场调制电机气隙磁通密度、功率因数的解析公式,研究各个结构参数对电机功率因数的影响.确定了永磁体分布、齿靴宽度、调磁块形状和尺寸等参数为主要优化变量.在利用Ansys Maxwell软件对直线磁场调制电机进行参数化有限元仿真的基础上,建立了关于电机平均推力和功率因数的多项式响应面模型.采用Box-Behnken方法对电机进行优化设计,优化后的直线磁场调制电机功率因数从0.497上升到0.720,提高了约44.9％.     

SR电机结构对于其性能影响的研究

本文利用ANSYS软件,采用有限元法对开关磁阻电机的电磁场进行分析,计算了气隙的磁通密度、径向力及转矩等电磁量,建立了四个典型位置下的磁化曲线。在此基础上,研究了定转子的轭厚、极弧的改变对于电机气隙的磁通密度、径向力及转矩的影响。本文的结论有助于SR电机的优化设计、减小径向力的幅值,从而达到降低振动和噪声的目的。     

轴向磁场无铁心永磁无刷直流电动机设计

为了提高轴向磁场无铁心永磁无刷直流电动机设计的准确性,提出了利用电磁场有限元软件与磁路法相结合的方法设计该电机.结合轴向磁场无铁心永磁无刷直流电机的电磁结构特点,首先利用磁路法推导了该电机的尺寸设计方程,分析了电机设计中的各种损耗,并根据流程图编制了设计程序,对额定功率为40 W的小型电机提出了设计方案.利用三维有限元分析软件对设计方案中的关键参数(永磁体厚度、极对数与极弧系数)进行了仿真与分析.结果表明:当永磁体厚度为6 mm,永磁体极对数为4时,电机气隙磁密相对最大且磁密增长率较快;当极弧系数为0.7时,感应电动势基波幅值最大.最后设计了样机,利用三维有限元分析方法验证了样机设计的有效性.     

转子槽数对电动汽车用异步电机性能的影响

介绍了一种应用在电动汽车上的高功率密度异步电机.首先简要分析了转子槽数对附加损耗和最大转矩的影响,然后通过场路耦合的有限元方法对6种不同转子槽数下的电机电气性能做了仿真分析,研究了电机的气隙磁通密度波形、电机的磁通密度分布以及输出转矩的波动情况,并计算了电机满载时的铜耗和铁耗,进行了性能参数的比较,最终得到了合理的转子槽数.通过分析表明,当电动汽车用异步电机转子槽数设计为68槽时,与其他槽数的电机相比,其电流密度最高可降低2.97%,过载能力最高可提高13.8%,并且电机效率可达91.55%,电机有最佳的性能输出,能够很好地满足电动汽车对驱动电机的性能要求.     

基于振动信号分析的感应电机气隙偏心故障诊断

电机的偏心故障会引起气隙磁场不均匀,由电磁感应理论可知,不平衡的磁场作用在定转子上会产生不平衡磁拉力,使电机发生异常振动,故电机的振动信号可间接反映内部磁场变化,进而有利于判断电机内部是否发生气隙偏心故障.主要分析了振动信号与偏心故障间的关系,先分析电机气隙大小对磁场的影响,计算出振动作用力大小;再通过故障模拟平台测得数据对理论分析得出的故障特征频率进行验证;总结了气隙偏心故障与电机机械振动现象间的关系.     

模糊理论在交流电力驱动效率最优控制中的应用

分析了感应电机的气隙磁通与交流传动的系统的静态，动态运行特性和效率之间的关系，应用模糊理论，在保证系统性能的前提下，通过在线搜索有关变量，找到系统功耗最小的方法，实现了效率最优控制，仿真结果证明了该方法是可行的。     

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%。