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基于转子永磁分段优化的轴向磁通永磁电机涡流损耗分析与试验

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admin 发表于 2024-12-14 11:23 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于转子永磁分段优化的轴向磁通永磁电机涡流损耗分析与试验
摘要:轴向磁通永磁电机永磁体中的涡流损耗将使转子温度升高,致使永磁体产生不可逆退磁风险,影响电机的正常运行.该文推导了轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗的数学模型,分析得到永磁体表面涡流路径长度及永磁体表面积对涡流损耗的影响规律;结合理论分析,在永磁体完全分段的基础上,提出了三种永磁体部分分段的优化新方法;利用有限元软件建立了电机有限元分析模型,对永磁体的电流密度分布、涡流损耗、抗退磁能力、静力学强度等进行了仿真分析与比较,获得了较合适的永磁体部分分段数和永磁体保留尺寸.最后制作了样机,测试了电机效率、永磁体磁性能和永磁体温升情况,验证了所提优化方法的有效性及理论分析的准确性.

Abstract:Axialfluxpermanentmagnetmotor(AFPM)hastheadvantagesofshortaxiallength,lightweight,highpowerdensity,andhightorquedensity,whichiswidelyusedinelectricvehicles,newenergypowergeneration,andotherfields.However,duetostructurallimitations,theheatdissipationoftherotorisdifficult,andtheeddycurrentlossinthepermanentmagnet(PM)canincreasethetemperatureoftherotor,resultinginirreversibledemagnetizationriskofPMandaffectingthenormaloperationofthemotor.Therefore,threenewoptimizationmethodsforthepartialsegmentationofPMareproposedbasedonthecompletesegmentationofPM.Firstly,themathematicalmodelofeddycurrentlossofPMofAFPMisderived.ExtendingtheeddycurrentpathonthesurfaceofPMandreducingthesurfaceareaofPMcaneffectivelyreducetheeddycurrentloss,whichprovidesatheoreticalbasisfortheproposedoptimizationmethod.Secondly,themotor'sfiniteelement(FE)analysismodelisestablishedusingtheFEsoftware.Thecurrentdensitydistribution,eddycurrentloss,andanti-demagnetizationabilityofthePMbeforeandafteroptimizationaresimulated.TheresultsshowthattheproposedoptimizationmethodsignificantlyreducestheeddycurrentlossandhaslittleinfluenceonthemagneticpropertiesofthePM.Simulationresultsareconsistentwiththetheoreticalanalysis.Besides,theappropriatenumberofsegmentsandthereservedsizeofthePMareobtained.Then,thecuttinggapoftheoptimizedPMismodeledseparatelyandfilledwithepoxyresinglue.Moreover,themechanicalstrengthofthePMiscalculatedbytheFEmethod.Accordingly,themechanicalstrengthofthePMisimproved,andthestressgeneratedbythecentrifugalforceandtheunbalancedmagnetictensiondonotdestroythemechanicalstructureoftheoptimizedPM.Finally,themotorefficiency,PMmagneticproperties,andPMtemperaturerisearetestedthroughaprototype,whichverifiestheeffectivenessoftheproposedoptimizationmethodandtheaccuracyoftheoreticalanalysis.Thefollowingconclusionscanbedrawn:(1)Theoptimizationeffectsoftheintermediateretentionmethod(IRM)andthealternatingcuttingmethod(ACM)ofthePMinAFPMareconsistent.BothcaneffectivelyreducePMtemperaturerise,betterthanthesurfacecuttingmethod(SCM)andsimilartothecompletesegmentationmethod(CSM).Undertheratedworkingconditionsandthesamenumberofpartialsegments,comparedwiththeoriginalPM,thereductionratiooftheaverageeddycurrentlossofIRMandACMisabout36.8%,13%higherthanthatofSCM,and9%worsethanthatoftheCSM.Therefore,IRMandACMarepreferred.(2)TheeddycurrentlossofPMdecreaseswiththenumberofpartialsegments,andtheeddycurrentlossincreaseswiththeincreaseoftheretentionsize.(3)Theproposedoptimizationmethoddoesnotaffecttheanti-demagnetizationabilityofPMathightemperaturesandhighcurrents,whichhaslittleeffectonthemagneticpropertiesofPM.(4)TheepoxyresinfilledinthePMgapcanimprovethemechanicalstrengthofPM,andthemaximumequivalentstressisfarlessthantheyieldstrength.ThestressesgeneratedbycentrifugalandunbalancedmagneticforcesdonotdestroythePMmechanicalstructure.

作者:刘细平   朱治国   陈栋   史梓豪   孙国建 Author:LiuXiping   ZhuZhiguo   ChenDong   ShiZihao   SunGuojian
作者单位:江西理工大学电气工程与自动化学院赣州341000杭州中豪电动科技有限公司杭州310000
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(12)
分类号:TM351
关键词:轴向磁通永磁电机  永磁体部分分段  涡流损耗  静力学  永磁体温升  
Keywords:Axialfluxpermanentmagnetmotor  permanentmagnetpartialsegmentation  eddycurrentloss  statics  permanentmagnettemperaturerise  
机标分类号:TM351TM464TH136
在线出版日期:2024年7月19日
基金项目:江西省重大科技专项资助项目基于转子永磁分段优化的轴向磁通永磁电机涡流损耗分析与试验[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(12)刘细平  朱治国  陈栋  史梓豪  孙国建轴向磁通永磁电机永磁体中的涡流损耗将使转子温度升高,致使永磁体产生不可逆退磁风险,影响电机的正常运行.该文推导了轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗的数学模型,分析得到永磁体表面涡流路径长度及永磁体表面积对涡流损...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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基于转子永磁分段优化的轴向磁通永磁电机涡流损耗分析与试验.pdf
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