摘要：工业机器人与数控机床用永磁同步电机设计过程中为追求反电动势的正弦性和低转矩脉动,常采用面包型或偏心削极的不均匀气隙结构,该文基于微分原理对不均匀气隙结构转子磁极进行径向等极弧分段,在二维极坐标下将电机结构划分为永磁体、气隙、槽开口和定子槽四个精确子域的解析模型,并建立泊松方程和拉普拉斯方程,通过分离变量法与傅里叶级数法求解偏微分方程,通过边界条件对各子域谐波系数求解以得到各分段磁极磁场分布,然后基于积分原理对其等效叠加得到电机二维磁场分布结果。该解析方法同时考虑到瓦片型、偏心式与面包型磁极转子结构,可以计算任意单元数电机的空载、电枢及负载的磁场特性,并在此基础上计算转矩和空载反电动势特性。通过样机测试结果和有限元仿真结果与解析结果进行比较,验证解析方法的准确性,能够快速指导电机设计。

摘要：该文以轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机为研究对象,针对其运行过程中存在的气隙不均匀工况,在直角坐标下建立求解该电机磁场和电磁特性的三维解析模型。首先,基于等效电流片模型,推导出轴向磁通Halbach永磁阵列的三维空间磁场分布函数。对该磁场分布函数进行傅里叶级数转换,使Halbach转子三维磁场函数具有形式上连续统一的解析表达式。在此基础上,基于二阶矢量磁位,构建该电机的三维解析模型,推导出悬浮力、水平力和涡流损耗的解析表达式,并通过有限元法验证了解析计算模型的准确性。最后,通过小型样机实验,来验证理论计算的准确性。该文提出的解析模型适用于永磁电动式磁悬浮系统的任意气隙工况,可以作为该系统的一般设计方法。

摘要：针对异步起动永磁同步电机气隙磁场谐波复杂,而导致的铁心损耗大、电磁噪声高、转矩脉动强烈等不利问题,提出了电机气隙长度不均匀的方法,用以减小气隙磁场谐波,进而减小电机铁心损耗、降低电机电磁噪声、抑制转矩脉动,计算并校验了电机永磁体的最大去磁工作点。有限元仿真表明,所提出的不均匀结构电机的气隙磁场谐波大幅下降,电机转矩脉动得到有效地抑制;电机在额定转矩、三倍转子转动惯量负载的情况下,满足异步起动能力;起动过程中永磁体在最强退磁点的剩磁也符合设计要求。

摘要：为了减小空载气隙磁场中谐波磁场对电机性能的影响,对内置"V"型转子磁路结构自起动永磁同步电动机的转子磁极形状进行了优化。采用不均匀气隙结构,以有限元为工具并利用遗传算法对空载气隙磁密波形进行了优化,使其中的谐波含量较小,得出了转子磁极的最优偏心距。在此基础上采用时步有限元方法,在考虑定子开槽、斜槽结构并计及饱和的情况下,对优化前后电机的电动势波形进行了分析对比,并通过试验验证了所采用的时步有限元计算程序的有效性。有限元计算结果表明,通过优化偏心的不均匀气隙设计,电机的空载气隙磁密和电动势波形得到了明显改善。

摘要：直线感应电机运行时,其初级和次级之间可能因不平行而形成不均匀气隙,从而造成电机磁场分布变化。对于这种不均匀气隙的电机磁场分布的计算,沿用传统的基于均匀气隙的公式则会使误差增大。为解决此问题,首先基于电磁场理论,提出了一种不均匀气隙直线感应电机磁场的解析计算公式;其次根据直线电机特性对解析公式进行修正;最后将解析公式计算结果与有限元方法计算得到的气隙磁场分布结果进行了对比。对比结果表明,这种考虑了气隙不均匀的解析磁场计算方法相比不考虑气隙不均匀的计算,其平均误差减小50%以上,为直线感应电机的设计和控制效果的提升提供了一种有益的参考。

摘要：为使内置式永磁同步电动机稳定运转,本文选用转子偏心致使气隙不均匀来改善磁场波形,将齿槽转矩幅值下降。同时铁心损耗降低和输出转矩提高,电机的性能得到提高。基于Maxwell 2D对不同最大气隙δmax、最小气隙δmin组合对应的偏心距H进行扫描分析,得到齿槽转矩最小的偏心距H。再对比分析气隙均匀和不均匀时气隙磁场波形、输出转矩和铁心损耗,仿真结果表明合理的气隙不均匀可以改善电机性能。最终试制一样机,获得样机试验结果与Maxwell仿真值比照,误差小于8%,验证了Maxwell设计电机的高精度。

摘要：永磁同步磁阻电机结合了永磁同步电机和同步磁阻电机的优点,广泛应用于电动汽车,是电机领域的一大研究热点。分别采用辐式磁极和V形磁极设计了两台永磁同步磁阻电机,每台电机都设计了可串、并联切换的电机绕组,以进一步拓宽电机的调速范围。为减小转矩脉动,电机采用不均匀气隙。分析了两种转子电机在定子绕组串、并联模式下的交、直轴电感的特点,以及不均匀气隙对电机性能的影响。研究表明V形磁极电机较辐式磁极电机具有更大凸极率,在电机串联运行时可以获得更大的磁阻转矩,合理的不均匀气隙可以改善电机的性能。样机测试结果验证了上述分析的正确性。

摘要：为改善永磁同步电机的反电势波形,通过分析径向式V型磁体结构永磁同步电机的空载气隙永磁磁密波形和改变极靴形状获得偏心气隙,采用不均匀气隙改善气隙磁场波形,并用有限元软件分析了偏心距为15.2、20.2、25.6、35.6和50.6 mm时的气隙磁场波形及其对应的谐波含量,获得了气隙磁场波形畸变率与偏心距之间的关系曲线,得出了最优偏心距.电磁场的数值计算和实测结果表明,通过优化偏心设计,样机空载的反电势波形接近理想正弦波,相应的总谐波畸变率为0.5%,永磁同步电机的空载气隙磁密波形得到了改善.

摘要：单相电源难以产生旋转磁场,是否具有自起动性能成为电动机设计的关键技术问题.针对该问题采用基于电动机磁场有限元分析的方法,对比分析了具有不同气隙结构U型单相永磁同步电动机的定位转矩,得出采用不均匀气隙和定子铁芯表面不对称开槽产生起动转矩的方法.结果表明,对于定子铁芯内圆不同半径构成的不均匀气隙,不对称程度越大,起动能力越强;对于定子铁芯表面开槽的不均匀气隙结构,气隙越小,起动能力越强.应用M atlab软件对起动特性进行了动态仿真,通过对一台定子铁芯表面开槽U型单相永磁电动机进行的起动试验,验证了理论分析与仿真结果的正确性.

摘要：串励电动机的换向火花会给电机本身和周围环境带来不利影响。介绍了串励电动机换向火花的产生原因和危害,讨论了如何在电机设计上改善换向火花的方法,如增大定、转子安匝比,增大气隙长度或不均匀气隙,电枢线圈短距结构,换向器双钩结构,逆旋转方向偏移电刷,不同先、后导线圈匝数等。并用MagNet电磁场有限元软件仿真分析了这些改善串励电动机火花方法的效果,最后对一台550 W、9 500 r/min的样机进行测试验证了改善方法。