轴向磁通永磁电机多截面等效计算方法的研究

介绍了Quais 3D-2D法的基本原理,采用有限元仿真分析了不同截面个数对AFPMM电磁性能计算精度的影响.制作了一台样机,实测空载反电势及负载转矩等电磁性能,结果与采用Quais 3D-2D法和相应截面数的计算结果能够较好吻合,为AFPMM的快速精确计算和优化提供了参考.     

三段式Halbach阵列永磁电机解析建模与研究

针对传统子域模型在分析电机电磁性能时无法考虑软磁材料磁导率的缺陷,提出了一种考虑软磁材料磁导率为具体值的三段式Halbach阵列永磁电机多层解析模型。根据内部激励源和媒介的不同,将永磁电机全域划分成Halbach阵列永磁体层、气隙层、定子齿尖层和电枢绕组层4类磁场求解层。利用柯西乘积和复数形式的傅里叶级数来描述磁场求解层中媒介磁导率分布情况。基于麦克斯韦方程组建立了每个磁场求解层的拉普拉斯方程或泊松方程,结合边界条件求解出每个磁场求解层的磁矢位。利用多层解析模型计算了电机的气隙磁密、空载反电动势和输出转矩等电磁特性,并与有限元模型计算结果进行了对比。计算结果表明：多层解析模型和有限元模型计算得到的气隙磁密波形吻合得很好,两者的空载反电动势峰值和输出转矩平均值的相对误差均小于1%,证明了多层解析模型的正确性。最后利用多层解析模型研究了槽开口宽度、磁极宽度和充磁夹角对电机输出转矩的影响规律,给出了输出转矩最优的设计方案。仿真结果表明：优化后的输出转矩脉动削减了75.7%,证明所提出的多层解析模型不仅计算准确而且计算速度快,在电机的初始设计和电磁性能影响规律的探究上具有明显的优势。     

磁通切换型轴向磁场永磁电机定位力矩分析

为了有效削弱磁通切换型轴向磁场永磁(AFFSPM)电机的定位力矩,利用解析法与有限元法相结合,对AFFSPM电机的定位力矩进行分析.采用能量差分法建立了该类电机定位力矩的解析表达式;基于ANSYS建立了一台三相12/10极AFFSPM电机全场域三维有限元模型,对其定位力矩进行仿真计算.结果表明:当转子齿宽占内径圆弧10.5,°且为准扇形齿时,该电机的定位力矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,定位力矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小;转子齿表面开合适的辅助凹槽有利于削弱该电机的定位力矩;两侧定子错齿虽然可以削弱定位力矩,但会给电机运行带来副作用.     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。     

新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG设计与分析

为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永磁阵列辅助磁极极角和充磁夹角进行了多目标优化设计,从而确定了最佳辅助磁极参数.最后对比了无铁芯AFPMG中采用不同磁极结构对发电机电压波形质量和功率密度的影响.结果表明：新型永磁发电机可以使发电机电压正弦波畸变率由2.40%下降为0.44%;相较传统两段Halbach和传统三段Halbach永磁阵列的无铁芯AFPMG,新型永磁发电机功率密度得到显著提高;新型永磁发电机的永磁体用量减少了16.68%,进而减轻了转子盘质量,使发电机更加适于低风速下稳定发电.     

基于Halbach阵列的永磁直线电机的有限元分析

本文介绍了永磁体的一种新型排列方式—Halbach阵列。将此阵列引入到永磁直线电机的设计中,利用有限元分析软件ANSYS进行了建模和仿真,绘制了磁场分布曲线,电磁力分布曲线以及气隙分布密度曲线等。     

稀土永磁电机永磁体优化研究进展

稀土永磁电机以其节能高效、结构简单等优点,目前广泛应用于各大工业领域。永磁体结构和性能极大地影响着电机的运行性能,永磁体优化在节约资源,提高电机性能等方面起着重要作用。通过总结永磁体优化技术研究进展,将优化技术进行分类,分析其优缺点。最后结合实际应用,指出永磁体优化技术待完善的一些问题和未来发展趋势。     

基于dSPACE的横向磁通永磁电机控制

在MATLAB/Simulink中,根据模块化建模思想,搭建了横向磁通永磁电机(TFPMM)控制系统的仿真模型,并进行离线仿真.以dSPACE替代常见的单片机,DSP作为处理器核心,并与Simulink进行无缝连接,构建TFPMM驱动控制系统实验平台.对TFPMM控制算法进行在线分析、调试和验证.研究结果表明:该实验平台可靠,可为今后解决更加复杂的控制算法提供基础.     

双定子轴向磁场永磁同步风力发电机的设计

研究表明:如果电机的极数足够多,轴向长度与外径的比率足够小的话,轴向磁场电机比传统径向磁场电机的转矩和功率密度大.轴向磁场电机的缺点是电枢铁心制造比较困难.为此本文提出一种新的结构方案,用软磁复合材料形成定子的齿部,再与带冲叠片形成的铁心轭部结合起来形成定子铁心,并且使用集中绕组.然后对这种新型轴向磁场电机进行了电磁设计,并用Ansoft有限元法对电机的磁场进行了仿真.结果表明:通过合理地选择主要尺寸和极数/槽数比,可以获得正弦波的电动势波形和较小的齿槽转矩.     

一种永磁直线电机的永磁体阵列设计

针对一种无铁心单边永磁直线电机的结构形式，推导了工作气隙磁场的二维解析解，用于电机阵列类型、永磁体厚度和永磁体占空比等结构参数的设计．解析计算表明，在该直线电机结构形式下，永磁体阵列采用常规阵列就可以得到与分段Halbach阵列接近的磁场，使电机的加工与装配得以简化，这与ANSYS有限元计算结果一致．该分析直线电机磁场的方法仅需修改边界条件，就可用于铁心直线电机的设计．基于文中的分析，实现了一个直线电机驱动的单自由度工作台，其行程为27mm，移动件的质量为1．4k，最大加速度为11．5m／s^2．     

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．     

基于正交设计和支持向量机的横磁通永磁电机参数优化

漏磁系数是永磁电机的一个重要参数,它标志着磁路设计的合理性和永磁体的利用率.本文将正交设计、支持向量机以及粒子群智能优化算法相结合,提出一种横磁通永磁电机漏磁优化设计方法.首先,在基于标量磁位求解的三维有限元模型基础上,确定对空载漏磁系数敏感度较高的设计参数;其次,通过正交试验建立参数样本空间,并运用固定尺度最小二乘支持向量机实现电机漏磁系数的非线性回归建模,为电机优化所需的大规模迭代运算提供高效的计算模型;最后利用粒子群算法进行以空载漏磁系数最小为目标的寻优操作,并得到最优方案.对一台30kW聚磁式横磁通永磁同步电机进行参数优化,结果表明在满足输出转矩要求的约束条件下降低了漏磁,充分证明了建模和优化设计的正确性和工程实用价值.     

两种拓扑结构的开关磁通永磁电机设计及其比较

针对开关磁通永磁电机研究起步较晚,其结构及特性有待进一步探讨的问题,对两种不同拓扑结构的开关磁通电机进行结构设计与电磁性能分析,建立了电机的数学模型。通过对U、E型拓扑结构开关磁通永磁电机仿真分析和成本计算,对U型和E型定子结构性能进行了对比。结果表明:E型定子结构比U型定子结构的电机的输出转矩减小了37.54%,电机成本降低了13.41%。     

含辅助槽轴向永磁电机的电磁力波分析及抑制

为了有效抑制轴向永磁电机的主要电磁力波,针对2类主要电磁力波来源不同的轴向永磁电机,通过解析的方法推导出可以有效削弱其主要电磁力波的定子齿辅助槽位置规律;将该辅助槽位置规律应用到16极24槽和30极27槽2款主要电磁力波来源不同的轴向永磁电机,分别分析了定子齿辅助槽宽度和深度对主要电磁力波的影响;通过有限元法计算了这2款轴向永磁电机在定子齿添加辅助槽前后的电磁噪声及转矩特性,结果表明,2款轴向永磁电机的主要电磁力波幅值分别下降了38%和76%,电磁噪声均降低了3dB以上,同时,电机输出性能的降幅在3%以内。     

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。     

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。     

考虑饱和的开关磁阻电机径向电磁力解析建模

为了对开关磁阻电机径向电磁力进行快速计算和分析,提出了一种开关磁阻电机电磁力的解析计算模型.该模型考虑了饱和的影响,且能够反映电磁力的分布特征.基于磁通管法推导了磁动势和等效磁导,通过磁势乘磁导建立气隙磁场模型;分析了饱和对气隙磁场的影响,并引入修正系数对模型进行修正;基于麦克斯韦张量法建立了径向分布电磁力解析计算模型,并通过有限元方法证明了该解析模型的准确性.模型可以反映电磁力与电机结构的关系,适合电机设计和改进,以及振动噪声研究时快速计算电磁力.     

高效高功率密度轴向磁场永磁电机的设计与研究

基于轴向磁场电机具有体积小、重量轻、结构紧凑和功率密度高等优点,设计了一台10 kW双转子单定子轴向磁场电机,通过采用磁性槽楔和非晶材料来降低电机的齿槽转矩和减小电机的铁耗.首先利用磁路法对该轴向磁场电机进行初步的电磁设计,然后在Maxwell中对电机磁场进行了三维有限元仿真分析,并通过Workbench仿真了磁钢的应...     

磁体斜边永磁电机铁耗的解析计算

基于Slemon等表面置磁型永磁电机(PMSM)的改进铁耗算法,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,提出了永磁电机定子齿与轭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.结果表明:磁体边缘斜角技术能有效地减少铁耗.实验和模型计算结果吻合,验证了该方法的正确性和有效性.