气隙磁场波形的优化

wayne

原帖因发帖人遭盗号后发布大量违规信息数据在清理时丢失，特此将之前整理的期刊文档上传到论坛，谢谢大家的理解！也欢迎大家继续进行相关内容的探讨

气隙磁场波形的优化.pdf (2.52 MB, 下载次数: 1868)

2017-1-15 22:04 上传

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小不懂老师

确实没太看懂原帖主写的关于两段圆弧的设计方法。
不太了解大家怎么设计偏心的，但是如果加工磁钢的话，原帖主说的“两段圆弧”应该基本不可能不在同一个圆心上吧？如果“两段圆弧”还不同心这样加工有点复杂吧？
还有 如果按照帖子上说的，“两段圆弧”的圆心在图中的编号为1的圆上，也很难做到圆弧的半径和一号圆的半径相同吧？
不知道我理解的对不对，求大神指点

啦啦啦啦啦123

有没办法自动分析

完美正弦

呼叫曾老师，为什么说空载时气隙磁场正弦，负载时必然扭曲呢？

假设空载时转子磁场正弦，表示为A*sin(θ)，负载时假设定子磁场也正弦，表示为B*sin(θ+θ0)，则合成磁场A*sin(θ)+B*sin(θ+θ0)仍然是正弦，不存在扭曲吧

这么经典的帖子居然不在了，实在太可惜了！大家继续讨论啊！

zengxiaodong

完美正弦 发表于 2019-7-8 17:27
呼叫曾老师，为什么说空载时气隙磁场正弦，负载时必然扭曲呢？

假设空载时转子磁场正弦，表示为A*sin(θ ...

你的水平已经远远超过我了，你的很多问题我都是不知从何处入手来进行回答，你的表达式我多数时候也是完全看不懂的，因此，我只能闭着眼睛瞎回答一下，还请多多指正！


根据电磁场理论，气隙要交换电磁能量，则气隙磁场必然既有径向分量，也有切向分量。而既然有切向分量，且切向分量又必然不是对称的，这样的话负载气隙合成磁场就不可能是完美的正弦分布！


以上回答，也不知你能否理解，不过说实话我自己也是50%的理解而已，先忽悠一下吧。

完美正弦

zengxiaodong 发表于 2019-7-8 19:10
你的水平已经远远超过我了，你的很多问题我都是不知从何处入手来进行回答，你的表达式我多数时候也是完全 ...

“根据电磁场理论，气隙要交换电磁能量，则气隙磁场必然既有径向分量，也有切向分量。而既然有切向分量，且切向分量又必然不是对称的，这样的话负载气隙合成磁场就不可能是完美的正弦分布！”这个结论我想质疑一下。

曾老师，与您探讨一种理想电机模型：定转子铁心磁导率无穷大，定转子铁心表面光滑、气隙均匀、气隙磁导为常数，定转子都产生正弦分布的磁动势。在负载状态下，合成磁动势是正弦分布的，磁导为常数，则气隙磁密也是正弦分布的。气隙磁密会有切向分量吗？按照电磁场理论，气隙中的磁力线总是要走最短路径的，也就是只有径向分量。那转矩如何产生？因为在气隙与铁心交界处的磁力线发生了偏折，交界处正是电磁力的作用点所在，而非在气隙中，此处既有径向力也有切向力。以上是我的理解，也不知对不对，还请您点评！

zengxiaodong

无语

也无法点评，抱歉了！

完美正弦

zengxiaodong 发表于 2019-7-8 19:10
你的水平已经远远超过我了，你的很多问题我都是不知从何处入手来进行回答，你的表达式我多数时候也是完全 ...

另外，您在原贴中提到的“磁满率”、磁极注入三次谐波，貌似在下面这篇论文中有所体现。

Torque_Improvement_of_Five-Phase_Surface-Mounted_Permanent_Magnet_Machine_Using_Third-Order_Harmonic

完美正弦

zengxiaodong 发表于 2019-7-8 22:40
无语

也无法点评，抱歉了！

您的意思是，完全错误，胡说八道？

完美正弦

zengxiaodong 发表于 2019-7-8 22:40
无语

也无法点评，抱歉了！

曾老师，确实还是我的理解有问题！仿真试了一下，即使是我所谓的理想电机，气隙中仍然是有切向磁密的。我所谓的“气隙中磁力线走最短路径，气隙磁密只有径向分量”的说法是错误的。以下是仿真情况：

采用静磁场，铁心相对磁导率为一百万，导线极细且贴近铁心表面，定转子各5个线圈，负载时定子通500A电流、转子通1000A电流，空载时定子通0A电流、转子通1000A电流。软件自带虚功法算出转矩与通过麦克斯韦应力张量法后处理算出的转矩相等。

从负载气隙磁密分布曲线可看出，确实有切向磁密分量，且切向力密度不等于0的区域与切向磁密不等于0的区域重合。

从空载气隙磁密分布曲线可看出，也存在切向磁密分量，且切向力密度不等于0的区域与切向磁密不等于0的区域重合（出现在转子交轴附近，而非直轴附近），但正负幅值相同，积分所得转矩为0。

完美正弦

zengxiaodong 发表于 2019-7-8 22:40
无语

也无法点评，抱歉了！

目前还有一点疑惑：气隙磁密中的切向分量是怎样产生的？场算还好理解，但路算就不大理解了。以下是陈世坤《电机设计》中的截图，按“磁密=磁势*磁导”的观点，磁势是标量，磁导也是标量，但磁密是矢量。

我理解，这个公式中磁密应理解为幅值，磁势应理解为磁力线绕行一周的磁势（忽略铁心磁阻），磁导应理解为磁力线穿越气隙的长度而不是气隙长度。

所以基于谐波分析的磁路计算不能得到气隙磁密的切向分量，只能得到忽略切向分量时的径向分量，进而应用到径向力密度的计算和振动频率分析中；但基于谐波分析的磁路计算，没法进行转矩的计算和转矩脉动频率的分析。

还请曾老师圣裁！

zengxiaodong

近3年以来，该PDF文件仅下载991次，还不到1000次，估计是文件太大的缘故，现提供压缩尺寸的PDF文件



气隙磁场波形的优化.pdf (1.28 MB, 下载次数: 212)

2019-10-31 16:39 上传

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zengxiaodong

12槽16极负载场气隙磁密空间分布

zengxiaodong

12槽8极的负载磁场分析（单元电机），该动图包含气隙磁密的径向和切向分量。

zengxiaodong

集中绕组永磁同步电机的气隙磁密分布是非常畸形的，与正弦波相差甚远，但是，这并不意味着转矩脉动就一定大，事实上，上述12槽8极和16极两种电机，都有实际的产品，而且振动噪声方面的运行性能并不亚于分布绕组的电机！

这就再一次证明了气隙磁密优化是一个复杂的问题，并非一定要追求纯正弦形气隙磁密分布。

欧阳庆

小不懂老师 发表于 2017-1-16 09:45
确实没太看懂原帖主写的关于两段圆弧的设计方法。
不太了解大家怎么设计偏心的，但是如果加工磁钢的话，原 ...

楼主觉得复杂吗？看你说的，就知道你是新手。对于这样的形状，磁体加工厂家很简单的事啊。不同直径的砂轮去磨就是了。

欧阳庆

zengxiaodong 发表于 2019-7-8 22:40
无语

也无法点评，抱歉了！

你怎么可以无语呢？完全可以用ansys来一番计算不就看到了。

欧阳庆

zengxiaodong 发表于 2019-11-8 13:27
12槽8极的负载磁场分析（单元电机），该动图包含气隙磁密的径向和切向分量。

所以不要显摆出你的那个有限元计算。

小吖木99

zengxiaodong 发表于 2019-10-31 16:39
近3年以来，该PDF文件仅下载991次，还不到1000次，估计是文件太大的缘故，现提供压缩尺寸的PDF文件

曾老师，有几个问题想请教下：
1：目前仿真了两个方案的气隙磁密基波幅值相差10%，但是反电势基波却是基本相近的（两个方案定转子冲片有差异，但主要尺寸内外径是一样的，极槽方案一样，气隙宽度一样），请问导致这个现象的原因是不是就是 “转子有相同的基波磁密，但是线圈感应的基波电势不相同的原理了，这是饱和非线性使然”（这个描述在附件的第33页82楼）。既然增加3次谐波提高气隙基波磁密也会使得铁芯更加饱和，那么这种方案的目的何在？直接增加基波磁密幅值如何？（是因为这样需要更厚的磁铁？）

2：如果两个方案的气隙磁密基波幅值是接近的，一种向您描述的增加了3次磁密谐波，另一种是按照正弦磁密设计，那么从您解释的内容中可以知道增加了3次磁密谐波的方案气隙磁密的幅值是低于正弦设计方案的，如果按照115.47%的‘磁满率’计算，前者的气隙磁密赋值相当于只有后者的86.6%，那么前者的径向力是不是会小于后者？
3：您认为气隙磁密的优化应该着重于不考虑铁芯开槽时的结果？同时您的讨论很多是基于表贴式的，内嵌式的是不是也同样适用？

zengxiaodong

1、主要是降低磁钢成本；

2、径向力是否会小不知道，因为我没有思考过；

3、内嵌式的问题在帖子里已经正面回答过了。