内置式永磁同步电机空载气隙磁密研究

内置式永磁同步电机气隙磁密与漏磁解析计算
张明强;于慎波;翟凤晨;窦汝桐
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2022()5
【摘要】为了分析转子具有隔磁桥的内置式永磁同步电机的空载气隙磁场,基于改进等效磁网络法进行了气隙磁密与漏磁解析计算。

考虑到隔磁桥造成的磁路变化,分别计算了相邻两永磁体磁路等效磁阻、永磁体端部磁路等效磁阻、永磁体自身磁阻与主磁通和漏磁通。

针对原有气隙磁阻引入了卡特系数,计算了定子开槽影响的等效气隙长度,进而计算出一个定子齿下的相对气隙磁导函数。

用改进等效磁网络法分析了电机空载作用下的气隙磁场,并与有限元法计算结果进行了对比,验证了改进等效磁网络算法的准确性。

【总页数】4页(P14-16)
【作者】张明强;于慎波;翟凤晨;窦汝桐
【作者单位】沈阳工业大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.内置式永磁同步电机空载气隙磁密研究
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第37卷第6期2010年11月华北电力大学学报Journal o fN o rt h Ch i na E lectr i c Power U niversityV ol 37,N o 6N ov .,2010内置式永磁同步电机磁路饱和特性分析与补偿的研究石文娟,王艾萌,李和明(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003)摘要:分析了磁路饱和对内置式永磁同步电机(IP M S M )及其控制系统性能的影响。

建立了考虑磁路饱和的电流控制算法,分别分析了磁路饱和在恒转矩和恒功率范围内对电机输出特性的影响。

基于SVP WM 控制方式和电流解耦控制原理,利用MAT LAB 仿真工具建立具有磁路饱和特性的内置式永磁同步电机模型及其磁路饱和影响补偿的调速系统模型,实现了系统仿真。

仿真结果表明磁路饱和补偿的调速系统提高了输出转矩,拓宽了弱磁区的速度范围,且有效提高调速系统的跟随性,鲁棒性和精确度。

关键词:磁路饱和;饱和补偿;解耦控制;内置式永磁同步电机中图分类号:TM 351 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2010)06-0012-05Research of magnetic s at uration characteristic analysis and co mpensati on i n interi or per manentmagnet sync hronous m otorSH IW en -j u an ,WANG A -i m eng ,LI H e -m i n g(Schoo l o f E l ec trical and E lectronic Eng i neer i ng ,N orth China E lectric Pow er U n i versity ,Baodi ng 071003,China)Ab stract :Th is paper analyzes the m agneti c satura tion e ffect on t he I PM S M and the perfor m ance of its contro l syste m.T he current contro l algor it h m o f sa t uration effect is estab lished and the con tro l pe rf o r m ance is ana l y zed in constant t o rque range and constant pow er rang e .In the IP M S M speed sy stem m ode l based on S V P WM contro lm ethod and de -coupli ng contro ,l t he mo tor mode l w ith sat u ration character i stic and its control syste m w ith co m pensa tion of magneti c saturation a re estab li shed by MATLAB soft w are and rea li ze si m ulation .The si m u lati on resu lts have i ndicated that the control system w it h compensa ti on o f magneti c satura ti on ex tends speed range i n flux-w eaken i ng reg i on ,and i m proves t he effecti ve l y the syste m f o ll ow ing-up perfor m ance ,robustness and the contro l accuracy .K ey words :m agnetic saturati on ;co m pensa tion o f saturati on ;decoup ling contro;l interior permanent m agnet synchro -nous mo tor收稿日期:2010-04-15.基金项目:国家自然科学基金资助项目 基于公共物品属性和市场效率的输电项目评价理论与技术研究 (70771039).0 引 言永磁同步电机具有能量密度高、效率高、可靠性高、体积小、结构简单等优点,其在航空航天、数控加工、电动汽车驱动等领域已得到了广泛应用[1~3]。

新能源汽车驱动电机性能特点与应用研究摘要：新能源汽车是由蓄电池、驱动电机和相关控制系统构成的新型驱动系统，通过将电能转换为机械能来控制汽车的驱动。

在汽车运行过程中，不会像传统燃料汽车那样产生大量废气污染，这对改善室内能源结构和生态环境具有积极意义。

永磁同步电机以其高效率、重量轻、体积小、可靠性高的特点，已成为当今新能源汽车领域应用的主要电机类型，以确保驱动电机在新能源汽车中的可靠应用，有关单位应研究汽车运行需要的性能参数，有效提高新能源汽车的性能。

关键词：新能源汽车；驱动电机；性能特点；应用1新能源汽车驱动电机概述永磁同步电机的研究应用是当前新能源汽车驱动电机领域的重要发展方向，此类电机的应用能够有效减少电机对汽车内部空间的占用，实现整车重量的进一步降低，能够从成本和功率密度方面获取更多效益。

为满足新能源汽车在不同工况下的运行需求，驱动电机的调试范围需要进一步提升，相关生产单位应结合电机冷却热平衡技术、转子动力相关理论、电机控制理论、电机结构相关内容进行研究。

在发展过程中，永磁同步电机在高频响技术的支持下实现了动态响应性能及刚度的有效改善，同时也有效遏制了能引发较强噪声的共振问题。

高密度转子、定子绕组相关技术为永磁同步电机性能参数的突破提供了有力支持，现阶段涌现出的众多科研成果成为推动永磁同步电机在新能源汽车领域广泛应用的重要基础。

2新能源汽车驱动电机性能分析2.1交流感应电动机的结构交流异步电机的结构主要包括定子、转子、转子轴、前后端盖、轴承、位置传感器、低压电缆线束和高压电源线束。

定子主要由定子芯、定子绕组和机器底座组成，定子芯由硅钢板堆叠而成，定子绕组由聚酯薄膜圆形铜线或圆形铝线缠绕而成，根据设计师的要求缠绕成相应的匝数，然后进入定子芯槽。

转子主要由转子芯、转子轴、转子绕组组成，对于线圈型交流异步电机，转子绕组由嵌入转子槽内的缠绕铜线组成；对于鼠笼式交流异步电机，其转子称为鼠笼转子，主要通过高温铝铸造通过转子芯，然后转子芯槽内部，两侧由铝铸造，因此称为铝环。

多磁路结构永磁电机气隙磁密波形优化*陈丽香，王正祥【摘要】摘要：永磁电机一直以高性能的优势倍受电机界的关注，但却因高档永磁体的成本高而影响其推广应用。

为了减少永磁电机的制造成本，以一台8.8kW、20极24槽内置切向式直驱永磁电机为例，采用价格低廉的铁氧体来降低永磁电机的制造成本。

提出转子开口结构来减少内置切向式结构的漏磁因数，利用不均匀气隙方法来改善其空载气隙磁密波形。

并利用有限元软件Ansoft分析不同永磁体充磁方向长度不同转子开口长度时永磁电机的漏磁因数、空载气隙磁密基波幅值、齿槽转矩曲线。

同时采用多组不均匀气隙数值进行仿真对比，得到空载气隙磁密波形畸变率与偏心距之间的关系曲线。

分析表明在电机的性能与采用表面式钕铁硼永磁电机相差不大的情况下，电机的体积没有增加，降低了永磁电机的制造成本。

【期刊名称】组合机床与自动化加工技术【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5【关键词】内置切向式结构；直驱永磁电机；转子开口；不均匀气隙【文献来源】https:///academic-journal-cn_modular-machine-tool-automatic-manufacturing-technique_thesis/0201223207236.html0 引言永磁电机具有结构简单，体积小，效率高等优点，因而应用范围极为广泛[1-3]。

但近年来由于稀土永磁材料的大幅涨价，特别是在2011年稀土价格达到顶峰时，烧结钕铁硼磁体的价格涨了将近5倍。

2012年虽然钕铁硼的价格有所回落，但从整体上相比2000年及以前还是有大幅度的提高，直接导致永磁电机的制造成本大幅增加，阻碍了永磁同步电机的发展和在行业内的推广。

因此怎样在保证永磁电机功率密度和性能的同时，使用价格低廉的永磁材料，降低永磁同步电机的制造成本显得非常有必要。

在分析磁路结构的基础上采用内置切向式结构，使用价格低廉的铁氧体永磁材料来降低永磁电机的制造成本。

图1㊀永磁转子结构电力系统㊂E-mail:qiu-mail413@㊂图2㊀转子结构汝铁硼永磁材料是目前性能最高的永磁材料,工作于磁滞回线的第二象限退磁部分,在去磁工作点之下磁导率变化极可认为是线性退磁关系,也就是退磁情况下磁导率保持不文中研究永磁体均一退磁情况下的特征分析,以均一退磁80%为研究对象㊂根据汝铁硼永磁体的特磁导率,依次降低剩磁B r20%㊁40%㊁来实现电机退磁模型的建立㊂永磁同步电机退磁特征分析气隙磁密分析永磁同步电机模型稳态仿真计算,不施加激励,空载情况下永磁体未退磁时电机的磁通密度云图如图3所示㊂由图可磁通密度分布均匀,永磁体部分未出现失磁㊂电机内部磁通可分解为径向磁通和切向磁通,其中径向磁通作用于定子和转子各部分,产生转矩㊁反电动势等,是实现取气隙磁通密度位置为转子与定子气隙正中对该位置进行径向磁通密度取值,可得图4所示气隙磁密整体呈正弦波但含有较大成分的谐波分对气隙磁密曲线进行FFT变换㊂图3㊀电机磁通密度云图分别计算均一退磁20%㊁40%㊁60%㊁80%之后的电机磁通密度云和气隙磁密曲线,并进行气隙磁密曲线的FFT变换可得各退磁率下的FFT变换后前13次谐波情况,结果如图所示,各谐波分量与基波分量的百分比(谐波含量)见表2㊂图4㊀气隙磁密曲线图5㊀气隙磁密曲线FFT变换气隙磁密各次谐波占基波百分比%退磁20%退磁40%退磁60%退磁80% 100100100100 0.820.99 4.24 5.89 18.6317.6716.0412.44 11.1411.7812.7310.48 0.920.65 2.52 4.06 0.85 1.27 1.94 4.21 11.0911.6912.2811.23㊀㊀由表2可知,随着退磁程度的加深,气隙磁通密度随之明显减小㊂各谐波含量中,5次谐波含量依次降低量依次增加㊂同时仿真计算细化退磁程度依旧满足此变化趋势㊂因此,可将5次谐波含量和11次谐波含量作为永磁同步电机是否退磁的一种诊断依据㊂3.2㊀反电动势分析正常磁场下反电动势曲线如图6所示㊂图6㊀空载反电动势曲线图7㊀定子三相相电流曲线相定子电流稳定后的10~30ms区间的波形进行FFT 计算退磁20%㊁退磁40%㊁退磁60%㊁退磁80%情况下负载工况的三相相电流并进行FFT变换,基波幅值及前次谐波占基波百分比结果见表5和表6㊂5㊀定子A相电流基波幅值A20%退磁40%退磁60%退磁80%60563.68931.381719.26表6㊀定子A相电流各次谐波占基波百分比次数正常退磁20%退磁40%退磁1100.00100.00100.00100. 348.4052.8557.5661.5 6.897.558.20 6. 70.95 1.33 1.75 3.9 2.94 2.77 2.58 1.11 1.19 1.38 1.53 1. 130.650.470.410.。

研究与设计I EMCA違权控刹名阄2018,45 (8)计及多因素影响的永磁电机空载气隙磁密解析计算法#王建飞，张琪，黄苏融(上海大学，上海200072)67!为准确而快速地计算与评估电机的性能，以I型转子结构永磁电机为例，提出了一种计及多因素 影响的磁密的计算法，了仿真验证。

分了永磁体尺寸、隔磁桥高度和极弧系磁密的，为电机方案提供了。

关键词：永磁电机；多因素"气隙磁密；有限元中图分类号：T M351 文献标志码！A文章编号：1673-6540(2018)08-0050-06Analytical Approach for Determining No-Load Air-Ciap Flux Density ofPermanent Magnet Motors Considering Multi Factors*WANGJianfei,ZHANG Qi,HUANG Surong(Shanghai U n iv e rs ity，Shanghai 200072，C h in a)Abstract: In order to calculate and evaluate the perform ance o f thie motors accur approach fo r de term in ing no-load air-gap flu x density o f perm anent magnet motors considering m u lti f the I type rotor structure was proposed. A prototype o f 48-slo t 8-pole perm anent magnet motors was s im u la te d，and thegood agreement between the calculated data and the sim ulated data ve rifie d the v a lid ity o f the proposed a n alyticalapproach. The influe nce o f parameters such as perm anent magnet s iz e，height o f isolatio n bridge and pole arcco e fficie n t on a ir g ap flu x density was an alyzed，w h ich provided a way to optim ize the motors scheme.Key words：permanent magnet motor; multi factors; air-gap flux density; finite element method (FEM)0引言永磁电机以其高效率、高功率密度、快速动态 性 和 控制系统了。

利用不均匀气隙优化自起动永磁电机的气隙磁密波形陈超;刘明基;张健;陈伟华;罗应立【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.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2010(037)007【总页数】6页(P1-5,49)【关键词】自起动永磁同步电动机;不均匀气隙;气隙磁密波形;时步有限元法;空载电动势【作者】陈超;刘明基;张健;陈伟华;罗应立【作者单位】华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206;华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206;华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206;上海电科电机科技有限公司,上海,200063;华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言自起动永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)与异步电机相比，具有效率高、功率因数高、功率密度高等优点，在一些长期连续运行的场合替代传统的异步电机具有较大的节能优势，因此得到研究人员越来越多的重视。

目前，自起动PMSM多采用均匀气隙的结构，气隙磁场中含有大量谐波，使得电动势中谐波含量很大，增加了电机谐波电流和附加谐波铁损和铜损，影响电机效率的进一步提高［1］，另外谐波磁场也会产生力矩波动，引起振动和噪声。