Уменьшение массы двигателя с осевым потоком с улучшенным охлаждением.
Целью статьи является сравнение конструкций двигателей с осевым потоком и обычных структур с радиальным потоком (RF) для синхронных двигателей с постоянными магнитами. Процедура сравнения основана на простых тепловых соображениях. Выбраны два типа двигателей и сравнены с точки зрения создаваемого электромагнитного крутящего момента. Сравнение проведено для двигателей различных размеров и доказано влияние числа полюсов. В документе сообщается о полной процедуре сравнения и соответствующем анализе результатов. Полученные результаты показывают, что при очень малой осевой длине и большом числе полюсов двигатели с осевым магнитным потоком могут быть привлекательной альтернативой традиционным решениям с радиальным магнитным потоком.
Способы и устройства предусмотрены для двигателей с осевым потоком. Устройство содержит статор с катушками для создания магнитного поля, ротор, вращаемый магнитным полем, и выходной вал, соединенный с ротором. Ротор включает магнитный и немагнитный компоненты. Немагнитный компонент имеет меньшую плотность, чем магнитный компонент. Один или оба компонента ротора имеют отверстия для вентиляции и снижения веса. Желательно, чтобы постоянные магниты были установлены на магнитном компоненте ротора, обращенном к статору, а части ротора за постоянными магнитами полые, чтобы они были тоньше, чем части ротора между постоянными магнитами. Это снижает вес ротора без существенного влияния на плотность магнитного осевого потока двигателей в роторе или крутящего момента двигателя.
Электродвигатель с осевым потоком, содержащий ротор и первый и второй статор. Первый и второй статоры имеют первый и второй воздушные зазоры, расположенные между первым и вторым статорами и ротором соответственно, причем второй воздушный зазор больше первого зазора. В одном варианте катушки первого статора и катушки второго статора параллельны. Двигатель дополнительно содержит переключатели, которые попеременно подают питание на катушки первого статора и второго статора в зависимости от требуемого крутящего момента и требуемой скорости двигателя. Во втором варианте осуществления катушки первого статора и катушки второго статора соединены последовательно, а двигатель дополнительно содержит переключатели, которые выборочно шунтируют катушки второго статора, чтобы уменьшить противо-ЭДС двигателя и увеличить максимальную скорость двигателя при заданном входном напряжении.
Мы представляем специальные конструкции оптимальных форм тока для колесных двигателей дискового типа с осевым потоком. Четырехфазный мотор-колесо был разработан и установлен непосредственно внутри колеса электромобиля без механических дифференциалов и редукторов. Мы выполнили ориентированную на крутящий момент оптимизацию, чтобы получить оптимальную форму волны тока с учетом различных ограничений для независимой структуры обмотки. Мы обнаружили, что наилучшая оптимальная форма волны с максимальным крутящим моментом и ограниченными омическими потерями пропорциональна изменению магнитного потока в воздушном зазоре между статором и ротором и имеет ту же форму, что и противоэлектродвижущая сила (ЭДС). Этот вывод подтверждается как теоретическим, так и численным анализом. Как и ожидалось, текущая управляющая форма обратной ЭДС, полученная экспериментально, обеспечивает наилучшие характеристики с точки зрения максимального крутящего момента и эффективности двигателя.
Поскольку асинхронные двигатели с осевым потоком (AFIM) имеют много преимуществ по сравнению с двигателями с радиальным потоком (обычными), они все чаще используются в промышленности. Таким образом, их прогноз производительности является важным вопросом. С другой стороны, оценка параметров является неотъемлемой частью прогнозирования производительности. В данной статье представлен новый метод, основанный на разрядном токе обмоток статора. В предлагаемом методе теоретические и практические разрядные токи сравниваются для расчета коэффициентов, постоянных времени и параметров. Затем рассчитанные параметры используются в dq-модели AFIM. Наконец, трехмерный анализ методом конечных элементов и экспериментальные испытания используются для проверки предлагаемого метода.
Два расчетно-конструкторских случая аксиального двигателя с постоянными магнитами линейного пуска: со сплошным ротором и с составным ротором. Для новой конструкции двигателя к внутреннему и внешнему радиусам его роторов добавлены два концентрических одноуровневых выступающих кольца, обеспечивающих возможность автоматического запуска. Композитный ротор был покрыт тонким (0.05 мм) слоем меди. Были извлечены основные уравнения для сплошного кольца ротора. Отсутствие симметрии двигателя потребовало трехмерного анализа методом конечных элементов с пошаговым изменением времени, проведенного с помощью Vector Field Opera 3, который оценил параметры конструкции и спрогнозировал переходные характеристики двигателя. Результаты FEA показывают, что составной ротор значительно улучшает как пусковой крутящий момент, так и возможности синхронизации по сравнению со сплошным ротором.
Распределение магнитного поля для трехфазного дискового бесщеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами и коаксиальным потоком в статоре. Расчеты проводятся с использованием трехмерного метода конечных элементов (МКЭ). Электромагнитный момент определяется из тензора напряжений Максвелла. Для сравнения проанализированы различные размеры постоянных магнитов, полюсных башмаков и воздушного зазора. Показано, что пульсирующий крутящий момент можно эффективно уменьшить за счет соответствующей ширины постоянного магнита и длины воздушного зазора. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными на прототипе двигателя.
Гистерезисный двигатель с осевым потоком (AFHM) представляет собой синхронный двигатель с автоматическим запуском, в котором используются характеристики гистерезиса магнитных материалов. Известно, что на магнитные характеристики гистерезисного двигателя легко может повлиять изменение воздушного зазора и размеров конструкции. Длина воздушного зазора играет важную роль в распределении потока в кольце гистерезиса и влияет на выходной крутящий момент, терминальный ток, КПД и даже на оптимальные значения других конструктивных параметров АДГМ. В связи с этим в данном исследовании исследуется влияние изменения воздушного зазора на рабочие характеристики гистерезисного двигателя с осевым потоком, а также влияние длины воздушного зазора на толщину кольца гистерезиса и витки обмотки статора. Рассмотрено влияние длины воздушного зазора на модель электрической цепи. Наконец, моделирование AFHM для извлечения выходных значений двигателя и анализа чувствительности к изменению воздушного зазора выполняется с использованием 3D-модели конечных элементов. Используется петля гистерезиса в форме наклонного эллипса. Это исследование может помочь разработчикам в подходе к проектированию таких двигателей.
Недорогой двухроторный двигатель с осевым магнитным потоком (DRAFM) с недорогим магнитомягким композитным (SMC) сердечником и ферритовыми постоянными магнитами (ПМ). Представлены топология и принцип работы DRAFM, а также конструктивные соображения для наилучшего использования магнитных материалов. DRAFM мощностью 905 Вт, 4800 об/мин предназначен для замены дорогостоящего синхронного двигателя с постоянными магнитами NdFeB (PMSM) в компрессоре холодильника. С помощью метода конечных элементов рассчитаны электромагнитные параметры и производительность ДРАФМ, работающего по схеме управления, ориентированного на поле. Анализ показал, что SMC и ферритовые материалы с ПМ могут быть хорошими кандидатами для недорогих электродвигателей.
В этой работе представлены синхронные двигатели Axial Flux Interior PM (AFIPM) как кандидаты на роль приводов небольших электромобилей. Влияние параметров двигателя на характеристики крутящего момента двигателя исследуется путем анализа траекторий тока статора в плоскости (id-iq). Параметры двигателя AFIPM разработаны с помощью этого анализа, чтобы мощность двигателя соответствовала требованиям к крутящему моменту с учетом тока инвертора и пределов напряжения постоянного тока. самолет. Показано, что правильный выбор параметров двигателя представляет собой компромисс между параметрами для получения идеальной рабочей характеристики для оптимального управления в широком диапазоне скоростей и параметрами для получения высокого рабочего крутящего момента при низкой скорости. Наконец, представлены некоторые соображения по проектированию и результаты моделирования для привода синхронного двигателя AFIPM 180 В (напряжение на шине постоянного тока) мощностью 10 кВт для электромобилей.
Тяга электромобиля (ЭМ). Силовой блок представляет собой синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM), управляемый трапециевидной схемой управления. Модели электромобиля, двигателя на основе конечно-элементной идентификации и привода реализованы в среде Matlab/Simulink 7.1. Управление обеспечивается четырьмя замкнутыми контурами, один для скорости и три других для регулирования токов. Результаты моделирования показывают эффективность трапециевидного управления для систем электрической тяги.
Описан асинхронный двигатель с осевым потоком, содержащий как ламинаты, так и магнитомягкие композитные материалы. Комбинируя эти два материала, асинхронный двигатель с осевым потоком получает ограниченное объемное пространство, включая ограниченную высоту, и плавный выходной крутящий момент, включая ограниченную пульсацию. Асинхронный двигатель с осевым потоком также содержит перекошенные стержни ротора. Эти косые стержни сглаживают пульсации крутящего момента асинхронного двигателя, повышая эффективность работы двигателя.
Разработка «компромиссного соотношения веса и мощности», применимого к высокопроизводительным автомобилям с ограниченной мощностью. Затем эта теория применяется к случаю с электромобилем, чтобы оправдать стремление к конструкции двигателя «в колесе». Особые преимущества геометрии осевого потока обсуждаются со ссылкой на особые требования к электродвигателям для транспортных средств. Представлены базовый процесс проектирования, конструкция и результаты испытаний двигателя, установленного на 26-дюймовом колесе для привода автомобиля полной массой 260 кг. При выходной мощности 1 кВт достижимая скорость автомобиля составляет 72 км/ч, что соответствует частоте вращения двигателя/колеса 578 об/мин и крутящему моменту 16.5 Нм при расчетном КПД двигателя 94%.
Мы применили многокритериальную оптимальную конструкцию к бесщеточному двигателю постоянного тока. Полученный в результате двигатель с постоянными магнитами с осевым магнитным потоком имеет высокое отношение крутящего момента к весу и эффективность двигателя и подходит для колес с прямым приводом. Поскольку колесный двигатель дискового типа встроен в ступицу колеса, нет необходимости в трансмиссии или механических дифференциалах, что повышает общую эффективность и снижает вес. Специальный двигатель был смоделирован в виде магнитных цепей и разработан в соответствии со спецификациями схемы оптимизации с учетом таких ограничений, как ограниченное пространство, плотность тока, насыщение потока и управляющее напряжение. В этой статье проиллюстрированы две различные конфигурации двигателя с тремя и четырьмя фазами. Затем проводится конечно-элементный анализ для получения электромагнитных, тепловых и модальных характеристик двигателя для модификации и проверки предварительного проекта. Противоэлектродвижущие силы прототипов исследуются для стратегий управления текущими формами управляющих сигналов.
Оригинальные особенности, такие как компактность и легкость, делают беспазовые машины с постоянными магнитами с осевым потоком (AFPM) подходящими для применения в моторных приводах большой мощности, предназначенных для прямого привода судовых гребных винтов. В этом документе обсуждаются характеристики AFPM, разработанных для применения в морских силовых установках, и оцениваются характеристики машины, такие как эффективность, вес и плотность крутящего момента, для сравнения с характеристиками обычных синхронных машин. Предложена новая модульная схема обмотки статора машины и показаны экспериментальные результаты, полученные на малогабаритном прототипе машины.
В приводах электромобилей (EV) использование низкоскоростного двигателя, соединенного непосредственно с колесной осью, позволяет снизить вес автомобиля и повысить эффективность привода. Беспазовые двигатели с постоянными магнитами с осевым магнитным потоком особенно подходят для такого применения, поскольку они могут быть рассчитаны на высокое отношение крутящего момента к весу и эффективность. В этой статье рассматривается прототип 16-полюсного двигателя с постоянными магнитами с осевым потоком, который используется в тяговом приводе электрического скутера. Прототип двигателя имеет максимальный крутящий момент 45 Нм, вес активных материалов 6.8 кг и соединен непосредственно с задним колесом скутера. В статье обсуждается конструкция и конструкция прототипа двигателя, а также сообщается о результатах лабораторных испытаний. Наконец, приводятся подробности, касающиеся устройства привода мотороллера.
Разработка полностью электрических самолетов позволит создать более эффективные, тихие и экологически безопасные транспортные средства и будет способствовать глобальному сокращению выбросов парниковых газов. Однако обычные электродвигатели не обеспечивают достаточно высокой удельной мощности, чтобы их можно было использовать в бортовых приложениях. Объемные высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) материалы, такие как гранулы YBCO, обладают способностью улавливать магнитный поток, таким образом, ведя себя как постоянные магниты. Экспериментальные данные показывают, что одна гранула YBCO с одним доменом может улавливать до 17 Тл при 29 К, что позволяет проектировать двигатели с очень высокой удельной мощностью, которые можно использовать в двигателях самолетов. Мы разработали сверхпроводящий двигатель на основе конфигурации осевого потока и состоящий из шести пластин YBCO, намагниченных сверхпроводящей катушкой, намотанной снаружи двигателя. В шестиполюсной униполярной машине используется обычный резистивный якорь с воздушным зазором. Конфигурация с осевым потоком позволяет устанавливать несколько роторов и статоров вместе и, следовательно, позволяет использовать один или несколько обычных постоянных магнитов.
Создание двух сдвоенных прототипов бесщелевых приводов с осевым магнитом на постоянных магнитах, разработанных совместно SIMINOR Ascenseurs и Римским университетом для применения в лифтовых системах с прямым приводом без машинного помещения. Каждый прототип двигателя с прямым приводом имеет мощность 5 кВт, 95 об/мин, высоту вала 380 мм и общую толщину в осевом направлении около 80 мм. Конструкция машины, основанная на необычных технических характеристиках, и оригинальные производственные решения, принятые для предлагаемой компоновки лифта с прямым приводом, обсуждаются на протяжении всего документа, включая ведущие размеры и характеристики двигателей-прототипов. Наконец, сообщаются экспериментальные результаты, полученные на прототипах машин.
Узел силовой установки, который имеет пару зеркальных электродвигателей с осевым потоком, имеющих общую ось вращения, причем каждый двигатель с осевым потоком включает в себя ротор, расположенный на валу ротора, и по меньшей мере один статор, расположенный в рабочей взаимосвязи с упомянутым ротором. Общая торцевая пластина расположена между каждым из пары электродвигателей с осевым потоком, чтобы обеспечить общую монтажную конструкцию, в то время как выходная ступица функционально соединена с каждым валом ротора пары электродвигателей с осевым потоком с зеркальным отображением. Каждый из пары зеркальных электродвигателей с осевым потоком сконфигурирован так, чтобы обеспечить независимую скорость и крутящий момент для каждой связанной выходной ступицы.
Оригинальные особенности, такие как компактность и легкость, делают беспазовые машины с постоянными магнитами с осевым потоком (AFPM) подходящими для применения в моторных приводах большой мощности, предназначенных для прямого привода судовых гребных винтов. В статье обсуждаются характеристики ВСМ, предназначенных для морских движителей. Предложена новая модульная схема обмотки статора машины и окончательно приведены экспериментальные результаты, взятые с прототипа малогабаритной машины.
Анализ и эксперимент с бесщеточным двигателем постоянного тока (BLDC) с постоянным магнитом с осевым потоком (AFPM) с минимальным зубчатым моментом. В последнее время многие оптимальные конструкции двигателя AFPM были выполнены с помощью анализа конечных элементов (FE), но такой анализ обычно требует много времени. В этом исследовании уравнение линий магнитного потока, существующих между ПМ и сердечниками, принимается математически, а минимальный зубчатый момент рассчитывается теоретически и геометрически без анализа КЭ. В данной статье предполагается, что уравнение представляет собой полином второго порядка. Угол перекоса, минимизирующий зубчатый крутящий момент, рассчитывается теоретически, а значение минимального зубчатого крутящего момента подтверждается КЭ-анализом и экспериментами. В теоретическом анализе максимальный зубчатый крутящий момент предлагаемого двигателя AFPM имеет наименьшее значение примерно при угле перекоса 4, и это значение примерно такое же, как и в анализе и экспериментах КЭ. По сравнению с неперекошенным двигателем зубчатый крутящий момент перекошенного двигателя может быть уменьшен.
В этой статье представлены многокритериальная оптимальная конструкция бесщеточного дискового двигателя постоянного тока с осевым магнитным потоком и его оптимальные формы тока. Этот специализированный двигатель моделируется в виде магнитных цепей и разработан в соответствии со спецификациями схемы оптимизации с учетом таких ограничений, как ограниченное пространство, плотность тока, насыщение потока и управляющее напряжение. Затем выполняется ориентированная на крутящий момент оптимизация для получения оптимальной формы волны тока с учетом различных ограничений для независимой структуры обмотки. Установлено, что наилучшая оптимальная форма сигнала с максимальным крутящим моментом и ограниченными омическими потерями пропорциональна изменению магнитного потока в воздушном зазоре между статором и ротором, который имеет ту же форму.
Существует множество методов уменьшения крутящего момента обычных машин с радиальными магнитными потоками. Несмотря на то, что некоторые из этих методов могут быть применены к машинам с осевым магнитным потоком, стоимость производства особенно высока из-за уникальной конструкции статора машины с осевым магнитным потоком. Следовательно, желательны новые недорогие технологии для использования с машинами ПМ с осевым потоком. В этой статье представлен новый метод минимизации зубчатого крутящего момента для двигателей с постоянными магнитами и несколькими роторами с осевым потоком. Во-первых, в этой статье исследуются основные принципы новой методики. Затем проектируется и оптимизируется 3-полюсная машина дискового типа с осевым магнитным потоком и поверхностным магнитом мощностью 8 кВт с двойным ротором и одним статором для применения предложенного нового метода. Исследуется оптимизация дуги полюса соседнего магнита, которая приводит к минимальному зубчатому крутящему моменту, а также оценка влияния на максимально доступный крутящий момент с использованием трехмерного анализа методом конечных элементов (МКЭ). Минимальный зубчатый крутящий момент сравнивается с несколькими существующими фактическими машинными данными, и делаются некоторые важные выводы.
Минимизация зубчатого крутящего момента при проектировании двигателей с осевым магнитным потоком и постоянными магнитами (AFPM) является одной из основных проблем, которые необходимо учитывать в процессе проектирования. В этой статье представлено несколько экономичных методов перекоса магнита для минимизации зубчатых компонентов крутящего момента в двухроторных двигателях AFPM. Методы минимизации зубчатого момента со стороны ротора подробно рассмотрены с уделением особого внимания методу перекоса магнита, и предложено несколько экономичных альтернативных методов перекоса. Приведено подробное сравнение подходов с перекосом магнита. На основе анализа построен прототип двигателя AFPM с другой конструкцией ротора. Затем анализы подтверждаются экспериментальными результатами, и исследуется влияние зубчатой составляющей крутящего момента на качество крутящего момента двигателей AFPM. Результаты подтверждают, что предложенные подходы с перекосом магнита могут значительно уменьшить зубчатую составляющую по сравнению с эталонным двигателем AFPM с неперекошенными магнитами и помочь улучшить качество крутящего момента дисковых двигателей.
Различные подходы к измерению и идентификации применялись к нетрадиционной синхронной машине с постоянными магнитами (ПМ), а именно к новому синхронному двигателю с постоянными магнитами с осевым потоком (AFIPM). Нетрадиционная геометрия двигателя AFIPM требует отдельного обсуждения вопроса идентификации параметров. В статье представлены тест на частотную характеристику в состоянии покоя и тест на временную характеристику в состоянии покоя на прототипе AFIPM. На основе этих испытаний выбираются параметры схемы осей d и q. Для подтверждения достоверности испытаний в состоянии покоя также были проведены нагрузочные испытания. Кроме того, нагрузочные испытания предоставляют некоторые предварительные результаты работы машины AFIPM и дополнительную информацию о явлениях насыщения. Анализируются и сравниваются параметры эквивалентных схем осей d и q, полученные в результате проведенных измерений. Наконец, выбирается наиболее подходящая модель машины AFIPM.
Представлен новый синхронный двигатель с внутренними магнитами с осевым потоком (AFIPM) для колесных двигателей. Благодаря новой анизотропной конструкции ротора двигатель AFIPM может обеспечивать постоянную мощность в режиме ослабления магнитного потока. Конструкция ротора возможна только с использованием порошкообразных магнитомягких материалов. Предлагаемая процедура проектирования использует метод конечных элементов (МКЭ) в дополнение к классическим правилам проектирования электродвигателей. Представлены полные конструктивные данные исследуемого прототипа, а также описан этап изготовления прототипа. Расчетные значения параметров машины сравнивают со значениями, определенными на основе экспериментальных измерений. Наконец, характеристики двигателя прототипа определены и представлены.
По мере того, как авиационная технология движется к более электрической архитектуре, использование электродвигателей в самолетах растет. Двигатели BLDC с осевым потоком (бесщеточные двигатели постоянного тока) становятся популярными в авиастроении из-за их способности удовлетворять требования легкого веса, высокой удельной мощности, высокой эффективности и высокой надежности. Двигатели BLDC с осевым потоком в целом и двигатели BLDC с осевым потоком без железа, в частности, имеют очень низкую индуктивность. Из-за этого они требуют особого внимания, чтобы ограничить величину пульсирующего тока в обмотке двигателя. В большинстве новых электрических самолетов двигатель BLDC должен приводиться в действие от шины 300 или 600 В постоянного тока. В таких случаях, особенно для работы от шины 600 В постоянного тока, для привода двигателей постоянного тока BLDC используются инверторы на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Инверторы на основе IGBT имеют ограничение на увеличение частоты коммутации, и, следовательно, они не очень подходят для управления BLDC-двигателями с малой индуктивностью обмотки. В этом исследовании предлагается трехуровневый инвертор с фиксированной нейтральной точкой (NPC) для управления двигателями BLDC с осевым потоком.
Уменьшение размера стало одним из наиболее важных аспектов конструкции двигателя. В данной статье представлен миниатюрный аксиально-шпиндельный двигатель с ромбовидной обмоткой на печатной плате (PCB). Конструкция его механической конструкции направлена на устранение ненужного пространства. Перед прототипированием геометрия двигателя рассчитывается с использованием приближенной аналитической модели, что помогает ускорить процесс проектирования. Гибкая обмотка на печатной плате представляет собой ультратонкий источник электромагнитного возбуждения, в котором катушки намотаны ромбовидной формы для уменьшения длины лобовой части обмотки и минимизации потерь в меди. Процесс проектирования также включает анализ конечных элементов для дальнейшей оценки и уточнения характеристик. Предложенный двигатель прототипирован, и достигнуто превосходное соответствие между моделированием и измерениями.
Оптимальные формы тока для дисковых двигателей с осевым магнитным потоком. Четырехфазный мотор-колесо был разработан и установлен непосредственно внутри колеса электромобиля без механических дифференциалов и редукторов. Мы выполнили ориентированную на крутящий момент оптимизацию, чтобы получить оптимальную форму волны тока с учетом различных ограничений для независимой структуры обмотки. Мы обнаружили, что наилучшая оптимальная форма волны с максимальным крутящим моментом и ограниченными омическими потерями пропорциональна изменению магнитного потока в воздушном зазоре между статором и ротором и имеет ту же форму, что и противоэлектродвижущая сила (ЭДС). Этот вывод подтверждается как теоретическим, так и численным анализом. Как и ожидалось, текущая управляющая форма обратной ЭДС, полученная экспериментально, обеспечивает наилучшие характеристики с точки зрения максимального крутящего момента и эффективности двигателя.
