永磁电动机磁路计算中主要系数有限元分析

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永磁同步电机的有限元模型

永磁同步电机的有限元模型

永磁同步电机的有限元模型
永磁同步电机的有限元模型是通过将电机分割成许多小的单元,
每个单元都可以用数学模型来描述电磁和机械特性。

具体而言,有限
元模型主要包含三个方面的内容:电磁方程、磁路方程和机械方程。

其中,电磁方程用于描述电机的电磁特性,磁路方程用于描述电机的
磁场分布,机械方程用于描述电机的机械特性。

电磁方程主要包括磁场方程、电场方程和运动方程。

其中,磁场
方程描述了磁场的生成和变化,电场方程描述了电势的分布和变化,
运动方程描述了电机的运动状态和电势之间的关系。

磁路方程主要针
对电机的磁路结构,通过磁通量连续性条件和磁动势平衡条件,求解
出电机中各个磁路单元的磁通量和磁动势分布。

机械方程则包括动力
学方程和转矩方程,用于描述电机的机械性能,包括加速、减速、转
矩和扭矩等物理量。

通过对这些方程进行数值求解,可以得到各个单元的电磁、磁路
和机械状态参数,进而得出整个电机的电磁、磁路和机械性能。

这样,就可以用有限元模型来模拟和分析永磁同步电机在不同工况下的性能
表现,如转速、转矩、效率和功率因数等,为电机的设计和优化提供
基础和参考。

双转子径向永磁电机的设计与有限元分析

双转子径向永磁电机的设计与有限元分析
研究与设 计 l M A C E
迫机 与拨 刮 应 用2 1 3 1 00 7( ) ,
双 转 子 径 向 永磁 电机 的 设 计 与 有 限 元 分 析 木
曹江 华 , 杨 向宇 , 肖如 晶 ( 南理 工 大学 , 东 广州 华 广

504 ) 1 6 0
要: 介绍 了双转子径向永磁 电机 的基本结构 、 原理及特性 , 用解析法分析 了其电感参数 的计算 , 采 并
给出了设计依据 , 最后利用有限元法对所设计 的电机进 行 了静态 磁场的分析 和电感计 算值 的验 证。结果表
明 , 子径 向永磁 电机在磁场上可看作 由共用定子铁心的两个传统内 、 双转 外转子永磁电机并联 而成 , 而电感计 算则可看作 串联 , 电感 的解析值与有限元计算值 吻合得较好 , 明了电机分析和设计的可行性 。 证
Ra ilFl x Pe m a n a ne o o d a - u r ne tM g tM t r
C 0 Jag ha, Y N in -u XA u i A in —u A GXa gy , I O R -n jg
( o t C iaU i ri f eh o g , un zo 16 0 hn ) S uh hn nv syo cn l y G a gh u5 0 4 ,C ia e t T o
a d o e e ma e tma e trs r d a c m mo t trc r n h n u t n e Wa om e i e e . M o e v r n utrp r n n g tmoo hae o n n sao o e a d t e i d c a c s f r d n s r s i roe ,
h n u tn e V e ac ltd b n t a d f i e e n h d mac e l n sv r y t ef s b l y o te i d ca c au sc lu ae y t e a ayi n n t— lme t t o th w l a d t u e f h a i i t f l h l c i e me h i e i

故障状态下同步电机永磁体磁性能的有限元分析

故障状态下同步电机永磁体磁性能的有限元分析

a d ef cie mah maia d l r e eo e y t e t —tp i g f i l me tmeh d c u ld ee t ma n t n f t te t lmo e wee d v lp d b h i se p n n t e e n t o o p e l cr e v c me i e o g ei c
i l nd c r ut fedsa ic i. By usn hi d l p r to fpe ma e tma n tm oo s sm u ae tf utc n ii n a d te i g t s mo e ,o e ai n o r n n g e trwa i lt d a a l o d to n h
0 引 言
大型 永磁 电机 的主要故 障是运 行时 定子 绕组
的一 相或 多 相短 路 故 障 , 出线 端 发 生 短 路故 障 当 时, 电机 可 能产 生很 大 的短路 电流 , 增加 外 部磁 场 的退磁 作用 。由于这 些作 用 可能使 电机稳 定运 行 工作 点低 于 磁化 特 性 曲线 拐 点 , 成 永 磁 体 发 生 造
Abs r c : t a t Fo e m a n ma n tm oo r p r ne t g e t r,t e af ci n o x ena ma n tz to e d o r n n g t h fe to fe tr lde g e ia in f l n pe ma e t ma ne i ma n tc pef r nc tf utc n to g e i ro ma e a a l o di n,whih wa e h tefc hede i n o r a e tma n tmoo . Raina i c s a k y t a fe tt sg fpe m n n g e tr to l

基于ANSOFT的永磁同步电机有限元分析

基于ANSOFT的永磁同步电机有限元分析

永磁磁极数 / 对

投稿时 间 :2 1—6 2 00 0 —5 作者简 介 :王振 ( 8一 )男 ,南 昌大学 电机 与电器 专业研 究生 ,研究 方向 永磁 电机及其 控制 。 16 9
研究与探讨
能 源研 究 与 管 理 2 1( ) 0 0 3
・ 7・ 2
在 确 定 好 电机 的 冲 片 后 ,在 操 作 界 面 上 选 择 MA WE L2 X L D,开始 进行 电机模 型 的 建立 。在 建模 过 程 中 ,需 要 利 用 到模 型 绘 制 快 捷 按 钮 上 的 Da rw

o n ANS FT O
W ANG Z e h n, L U Ja — u , W ANG Ai  ̄n I in g o - g
(e at e t f lc i l n uo a c nier g N nh n nvr t N n h n 3 0 C i ) D p r n o etc dA tm t g ei a ca g i sy ac a g 3 0 3 h a m E r aa iE n n U e i 1 n
mo e ig meh , n lss s p n rc s e r n r u e n d t i e p ciey E r s l ft n in l cr ma n t d l to a ay i t sa d p o e s sa e i t n d e d o c d i e al s e t l.F A e u t o a se tee to g ei ,r v s r c i da ea ay e . f l r n lz d e Ke r s p r a e t g e e i eANS l ee t ma n t ed ywo d : e m n n n t ma ma h n ; OF ' ler ; o g e i f l c i

基于有限元分析的永磁无刷直流电动机优化设计

基于有限元分析的永磁无刷直流电动机优化设计
黄迪 西 , 崔 群, 房 菁
基于有限
( 安徽工程大学 , 安徽 芜湖 2 10 ) 4 00 摘 要: 基于有 限元分析建立 了永磁无刷直流 电动机 的二 维和三 维有 限元 模型 。在二 维分析 中 , 考虑起 动 从
过程和不考虑起动过程两个方面仿真计算了 电机的机械瞬态下电机特性和性能。在三维模 型中 , 据磁场在 电机 根




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设计 新 勿
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …
触持电棚 22 第 0 第 期 0 年 4卷 6 1
基 于 有 限 元 分 析 的 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 优 化 设 计
界条件 ; 示二 类边 界条件 。 , 表
大 等优 点 H 。在 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 性 能 分 析 方 J 法 中 , 内外 应用 较 多 的是 基 于 磁 路法 的经 验 公式 国 或 者是基 于 麦克斯 韦方 程 的电磁场 有 限元分 析 。本
文 利用 经验 公 式 对 电 机 的 尺 寸 和 参 数 进 行 初 步设 计 , 后利 用 电磁 场有 限元分 析 软件 A sfM x e 然 not aw l l
Optm a sg o r a e t M a n tBr h e sDC o o s d o i lDe i n fPe m n n g e us l s M t r Ba e n FEA Anay i lss
H A G D - iC l u , A G J U N ix ,U n F N 讽g Q ( n u o tcncU iesy Wu u2 10 C ia A h i l eh i nvri , h 4 0 0, hn ) Py t

磁力机械的有限元分析及其特性研究

磁力机械的有限元分析及其特性研究

合肥工业大学博士后学位论文磁力机械的有限元分析及其特性研究姓名:杨红申请学位级别:博士后专业:机械理论与设计指导教师:赵韩20011101摘要合肥工业大学博士后研究工作报告摘要现代科学技术革命给人类带来了高度发展的现代文明,造就了。

批新学科和新产业的诞生。

磁力机械学是近十余年来发展起来的无污染、节能、覆盖面广的综合性科学,这门科学一出现就显示出它强大的生命力,并在相关的技术领域得到广泛应用和研究。

如:节能、环保、制造、机械、医学、农业、生物、国防等领域,而且其应用范围还在不断扩大。

节能和环保是人类可持续发展中面临的两大问题。

从今后科学技术发展趋势来看,溶入高新技术,保护人类生存环境是应用技术的研究主题。

作为磁力机械学理论的应用——磁力技术,既能达到节能目的,又能满足环保要求,是符合可持续发展的绿色制造技术。

所以,磁力机械学及磁力应用技术将在机械学领域扮演愈来愈重要的角色,为人类的可持续发展做出贡献。

首先本文简要介绍了永磁材料的发展及其特性,以及永磁材料在机械部件中的应用,总结了磁力机械的种类以及电磁场问题的若干研究方法,并着重介绍了有限元法在磁力机械学领域应用与研究的基本思想。

其次详细介绍了二维平面磁场和二维轴对称磁场的数学建模方法,这是全文的理论基础。

为了在保证足够精度的条件下减小计算的工作量,本文采用四节点四边形单元对求解区域进行剖分,系统地推导出等参单元的有限元分析方法。

强加边界条件的处理,以及对称性和周期性条件的利用,使有限元计算模型得到缩减,从而使数据的准备工作和计算工作量大幅度地降低。

再次本文计算了稀土永磁齿轮和磁性联轴器的传动磁场,建立起它们的二维平面有限元模型。

对于径向磁性联轴器,可以利用传动磁场的对称性条件和周期性边界条件,缩减联轴器的求解区域,极大地减小了有限元离散方程的建立规模:在有限元计算中,由于剖分网格的形状以及疏密程度极大地影响计算结果的精度以及计算规模,文中详细研究了永磁体、气隙以及扇形区域中四边形剖分过程,防止生成退化的四边形单元,在保证精度的同时极大地缩减了计算时间。

双转子径向永磁电机的设计与有限元分析

双转子径向永磁电机的设计与有限元分析

双转子径向永磁电机的设计与有限元分析3曹江华, 杨向宇, 肖如晶(华南理工大学,广东广州 510640) 摘 要:介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理及特性,采用解析法分析了其电感参数的计算,并给出了设计依据,最后利用有限元法对所设计的电机进行了静态磁场的分析和电感计算值的验证。

结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,而电感计算则可看作串联,电感的解析值与有限元计算值吻合得较好,证明了电机分析和设计的可行性。

关键词:双转子径向永磁电机;电感计算;有限元分析中图分类号:T M302∶T M351 文献标识码:A 文章编号:167326540(2010)0120008205D esi gn and F i n ite 2Elem en t Ana lysis of D ua l 2RotorRad i a l 2Flux Per manen t M agnet M otorCAO J iang 2hua, YAN G X iang 2yu, X I AO R u 2jing(South China University of Technol ogy,Guangzhou 510640,China ) Abstract:Dual 2r ot or radial 2flux per manent magnet mot or can substantially i m p r ove the t orque density and effi 2ciency .Its basic structure,operati on p rinci p le and characteristics were intr oduced,calculating the inductance by an 2alytic method and giving the design basis .I n additi on,the finite 2ele ment method was used t o analyze the static mag 2netic field and the effectiveness of the calculated inductance was p r oved .The results showed that the magnetic field of dual 2r ot or radial 2flux per manent magnet machines can be regarded as a parallel combinati on of t w o traditi onal inner and outer per manent magnet mot or shared a common stat or core and the inductance was f or med in series .Moreover,the inductance values calculated by the analytic and finite 2ele ment method match well and thus verify the feasibility of the analysis and design of the machine .Key words:dua l 2rotor rad i a l 2flux per manen t magnet m otor;ca lcul a ti on of i n duct ance;f i n ite 2ele m en t a 2na lysis3广州市科技计划项目(2008Z12D421)0 引 言高转矩密度和高效率是电机最重要的两个指标,这两方面的改进一直是电机研究的重点。

混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析

混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析

t n P s n h o o s g n r trp o oy e h s b e o s ce n h x ei n a eu t ai ae h h o eia ac l — i M y c r n u e e ao r t tp a e n c n t t d a d t e e p rme t l s l v l t d t e t e r t lc u a o u r r s d c l
h n e p se s d te a v na e fb t h M n l cr al e c o s s e h d a tg so oh t e P a d e e t c l i y—e ctd g n rt r . o a c rt l e emi et e ma h n a x i e e ao s T c u aey d t r n h c ie p — e
实测数据 和计算结果相 吻合 。 关键词 : 合励 磁 ; 混 永磁 同步发电机 ; 外特性 ; 有限元磁场分析 中图分类号 : M3 1 T 5 文献标 识码 : A 文章编号 :0 4— 0 8 2 0 0 00 1 0 7 1 (07)5— 0 1—0 3
Ca c l to f a Hyb i ct ton Pe m a n a ne yn hr no s lua in o r d Ex ia i r ne tM g tS c o u Ge r t i ag e i ed n t e ntAna y i ne a or Usng M n tc Fil Fi ie Elme l ss
tc l r al i y—e ct d p r.wh c sq i o l ae n An e u v ln lc r a cr u t sd r e o c l u ae t e g n x i at e ih wa ut c mp i td a d 3 e c D. q iae t e t c l i i wa e i d t ac l t h e — e i c v
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而本文认为 , 当电机旋转时 , 极间漏磁会随定 、转 子相对位置的变化而有所差异 。在转子齿中心线对
准极间时 , 漏磁最少 ; 而在槽中心线对准极间时 ,
漏磁最多。因此 , 需分别计算这 2种不同位置下的
极间漏磁 , 然后取平均值作为极间漏磁系数 。
通过磁场有限元计算 , 可得场域中各点的矢
量磁位 , 计算出当转子齿中心线对准极间时的漏
图 5 端部磁场计算
在图 5 ( a)中 , 边 AB 为永磁直流电机中心段 面 , 边 B C为转子铁心内径 , 边 DC 为右端面 , 边 AD 为永磁体外径 , F点为电枢绕组的端点 , 边 AB 为第一类边界条件 , 边 B C、CD、AD 均为第二类 齐次边界条件 。
用矢量磁位求解 , 计算出的磁场分布如图 5 ( b)所示 。则端部漏磁系数可由式 (10)计算 :
模型 。当磁极中心线对准转子齿中心线时 , 端部
漏磁最少 , 气隙长度采用实际的气隙长度 ; 当磁
极中心线对 准转子 槽中 心线 时 , 端 部漏 磁最 多 ,
气隙长度则采用等效气隙长度 。而等效气隙长度
等于气隙系数乘上实际的气隙长度 。
根据计算出的各点的矢量磁位值 , 计算出端
Байду номын сангаас
部漏磁系数为 σ2′; 改气隙长度为等效气隙长度 ,
永磁电动机磁路计算中主要系数有限元分析 辛 懋 , 等
中图分类号 : TM351 文献标志码 : A 文章编号 : 100126848 (2009) 0720001204
永磁电动机磁路计算中主要系数有限元分析
辛 懋 , 韩 力 , 赵 斌 , 罗辞勇
(重庆大学 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室 , 重庆 400044)
收稿日期 : 2008205208
行分析研究 , 建立了 2个二维电磁场模型 , 应用有 限元法分别计算了极间漏磁系数和端部漏磁系数 , 进而得出电机的漏磁系数 , 但在计算时 , 只建立 了某一确定的定 、转子位置下的模型 , 并没有考 虑到因转子位置不同引起电机漏磁不同的情况 。 文献 [ 5 ]采用电磁场数值分析方法 , 对均匀气隙磁 场分布进行分析计算 , 给出了永磁电机计算极弧 系数的确定方法 , 但却没有提及带偏心磁极的永 磁电机计算极弧系数的计算 。本文针对目前永磁 电机主要系数计算中存在的问题 , 深入研究其计 算方法 , 提出由于定 、转子相对位置不同引起端 部漏磁系数和极间漏磁系数计算不同的思想 ; 对 漏磁系数计算模型进行了修正 , 提高了计算的准 确性 。采用二维电磁场有限元方法 , 对带偏心磁 极永磁电机的气隙磁场分布进行了分析计算 , 考 虑了磁路饱和 、磁极结构和充磁方向的影响 , 通 过大量计算 , 给出了计算极弧系数随磁极偏心程 度变化的曲线 。
利用 113节的计算方法 , 以实例电机的 1个极 距范围为 求解 区域 , 建立 二维 静态 场计算 模型 , 磁极为径向充磁 , 如图 6所示 。
图 6 计算极弧系数求解模型
图中 , 外圆弧边界线 AB 为第一类边界条件 , 边 OA 与 OB 为半周期边界条件 。
求解并绘出 1个极下的气隙磁密分布图 , 进而 计算出平均气隙磁密和最大气隙磁密 , 两者相比 得出计算极弧系数 , 然后从零开始不断增大 hd 直 至 1, 重新计算得到某一极弧系数下 、不同偏心程 度时的计算极弧系数 。鉴于实际中所用极弧系数 多在 015~018之间 , 为此本文计算了极弧系数为
面为等位面的条件下推导出的解析公式计算得出 。
但对于永磁电机 , 由于永磁材料的磁导率接近于 空气的磁导率 , 永磁体内磁阻很大 , 永磁磁极与 空气隙的交界面不再是等位面 [ 1 ] , 因此 , 用该公 式来计算永磁电机的气隙系数已不适合 。要想准
确地计算永磁电机的气隙系数 , 需要采用电磁场 数值分析方法 。
重新建立端部磁场模型 , 计算出端部漏磁系数为
σ2″, 然后取
两者


均值
得端


磁系

σ 2
。求
得极间漏磁系数和端部漏磁系数后 , 永磁电机的
空载漏磁系数为 :
σ 0
=σ1
+σ2
-
1
(4)
113 计算极弧系数
电机气隙径向磁场沿圆周方向的分布是不均匀
的 。为了便于磁路计算 , 引入计算极弧系数 。其定 义为气隙平均磁密与最大磁密之比 。计算极弧系数
摘 要 : 为了提高永磁电机磁路计算的准确性 , 采用二维电磁场有限元法对电机气隙系数 、空 载漏磁系数 、计算极弧系数进行了分析 , 提出由于转子位置不同引起漏磁系数计算模型不同的 思想 , 完善了现有文献中的计算方法 , 并通过大量计算 , 给出了磁极偏心时的计算极弧系数变 化曲线 。分析方法可直接应用于工程实际中 。 关键词 : 永磁电机 ; 气隙系数 ; 空载漏磁系数 ; 计算极弧系数 ; 有限元法
S1 : Az = 0
(2)
S2 :
9A z 9n
=0
式中 , S2 为第二类齐次边界条件 。
1) 极间漏磁系数求解模型
·2 ·
计算极间漏磁系数时 , 文献 [ 1 ]建立了 1个磁 极下的二维静态电磁场模型 , 通过计算得出磁场分 布 , 然后求出永磁体向外提供的总磁通和 1个磁极 下的主磁通 , 两者相比得出极间漏磁系数。但其计 算模型为当转子齿中心线对准主极极间时的情况 。
·1 ·
微电机
2009年第 42卷第 7期
1 主要系数计算模型分析
111 气隙系数
在电机的 磁路 计算 中 , 计 算气 隙磁压 降 时 , 为了考虑因电枢开槽而使气隙磁阻增加的影响 , 引入了气隙系数 。它表示等效气隙长度与实际气
隙长度之比 。对于一般电励磁电机 , 气隙系数由 在假定槽为无限深 、且气隙两边定 、转子铁心表
永磁电动机磁路计算中主要系数有限元分析 辛 懋 , 等
·3 ·
微电机
计算出的为 σ1′为 11012, σ1″为 11016, 则极间漏磁 系数为 11014。为了减少剖分单元和计算量 , 以 半个电机为求解区域 , 计算端部漏磁系数的模型 如图 5所示 。
2009年第 42卷第 7期
01667、0170、0172、0176时的计算极弧系数 , 结 果如图 7 ( a)所示 。将磁极充磁方式改为平行充磁 , 重新计算得出计算极弧系数变化曲线如图 7 ( b) 所示 。
气隙系数等于开槽前后最 大气 隙磁密 之比 。
因此 , 利用电磁场数值方法求解气隙系数 , 应建 立开槽前后的二维静态场模型 :
Ω:
9 ν9Az 9x 9x
+
9 9y
ν 9A z 9y
= - J sz
(1)
S1 : Az = 0 式中 , Az 为矢量磁位 ; Jsz为永磁体的等效面电流 密度 ; Ω为求解区域 ; S1 为第一类边界条件 , 取 为定子外圆边界和转子内圆边界 。
磁系数为 σ1′。同理 , 求出当转子槽中心对准极间
时的漏磁系数为 σ1″。取两者的平均值 , 得 :
σ 1
=σ1′+σ1″ 2
(3)
2) 端部漏磁系数计算
在计算端部漏磁系数时 , 需建立电机侧视的
二维电磁场模型 。同理 , 考虑到建立模型时 , 磁
极中心线对准转子齿中心线和对准转子槽中心线 ,
气隙长度的不同引起漏磁计算的差异 , 需建立 2个
σ2′=
AA - AG AE - AF
( 10 )
将各点矢量磁位值代入计算出 σ2′为 11017, σ2″为
11019, 则端部漏磁系数为 11018, 进而得出实例
电机的空载漏磁系数为 11032。
213 计算极弧系数计算
采用偏心磁极的永磁电机 , 其计算极弧系数 与偏心距 、极弧系数有很大关系 ; 不同容量的电 机 , 由于结构尺寸不同 , 计算出的结果也不相同 。
( State Key Laboratory of Power Transm ission Equipment & System Security and New Technology, Chongqing University, Chongqing 400044, China)
Abstract: To imp rove the accuracy of m agnetic circuit calculation of perm anent magnet motor, 3 main coefficients analyzed three by 2D electrom agnetic filed finite element method. Due to the different rotor position, p roposed a new idea about the model of leakage flux coefficient calculation in the paper, and imp roved the calculating method of current references was imp roved. Given the equivalent pole arc coef2 ficient curves of permanent magnet motor w ith eccentric poles based on a series of finite element calcula2 tions. The results can be used directly in the engineering design. Key W ords: Perm anent magnet motor; A irgap coefficient; Leakage flux coefficient at no load; Equiva2 lent pole arc coefficient; Finite element method
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