获奖作品：

基于ANSYS的异步起动永磁同步电动机起动性能仿真设计

作品简介：

异步起动永磁同步电动机(line-start PMSM)因其在功率因数、效率方面具有高于同功率异步电动机的优点，同时又具有异步起动的能力，其在工业领域中的推广和应用日益引起人们的重视。异步起动永磁同步电动机相比三相异步电动机具有诸多优势，但是其自身在设计上也具有较多难点。由于异步起动永磁同步电动机一方面需要异步起动能力，另一方面又需要维持同步运行的能力，这使得转子上同时存在起动笼和永磁体，导致转子的设计空间非常紧张，结构较为复杂，对于高功率密度的小型电机，转子的设计难度更大。由于永磁体的存在，导致平均转矩-转差率曲线在低转速时出现一个较低的下凹点，一方面为了保证电机顺利起动，该种电机无法像普通异步电动机一样进行降压起动来限制起动电流，较高的起动电流需要靠转子槽型的优化设计来抑制，另一方面，为了提高最小转矩而减少永磁体用量，需要增加定子绕组匝数，这使得制造成本和工时增加；同时，转子磁路结构复杂，磁路局部饱和导致各种参数难以准确计算和测定，其起动性能设计难度较大。

获奖作品：

新型同步磁阻电机的设计及运行特性分析

作品简介：

同步磁阻电机（SynRM）的定子与一般交流异步电机相同，转子上无绕组，只产生磁阻转矩。与传统的异步电机相比，具有额定运行效率高，在较大负载范围内保持着较高效率，有效节约电能，符合国家“节能环保”的发展方向，在交流调速系统中具有巨大的发展潜力。然而同步磁阻电机也存在着功率因数偏低和出力偏小问题。

由于同步磁阻电机转子结构较为特殊，转子磁路较为复杂，电机性能受转子结构影响严重，设计时采用传统的磁路法难以实现。本文采用有限元仿真软件ANSYS Maxwell对冲片叠压式转子结构的同步磁阻电机进行分析设计，并通过仿真对电机的特性进行分析。最后仿真结果制作样机，通过实验验证了有限元仿真的正确性。

获奖作品：

实心转子永磁同步电机损耗分析与混合励磁技术研究

作品简介：

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine, PMSM)具有高效率、高功率密度和高可靠性等优势。但由于主气隙磁密难以调节，作为驱动电机运行，恒功率区窄、高速区效率较低，作为发电机运行，难以实现恒压输出。混合励磁技术永磁电机磁场调节技术，在电动汽车驱动系统和航空电源系统等领域具有重要的应用前景。本文首先对切向结构实心磁极永磁同步电机损耗展开研究。通过Maxwell有限元分析得到实心磁极损耗受到电机参数的影响规律，并在此基础上提出优化方法，通过Maxwell有限元软件验证优化结果。转子磁分路混合励磁同步电机(Hybrid Excitation Synchronous Machine, HESM)在切向结构实心磁极PMSM基础上利用混合励磁技术发展而来，兼具高功率密度和磁场可调的优点。

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获奖作者：李绍武

获奖作品：

三相永磁同步电机故障诊断与分析

作品简介：

目前用于电动汽车的电机类型主要有有刷直流电机、感应电机、永磁电机等，永磁同步电机具有效率高，功率密度和转矩密度大的优点，是极具发展潜力的电机类型。但电机的工况恶劣、振动严重、工作环境温度较高等原因使得电机很容易发生故障，其常见的故障有匝间短路、转子偏心和永磁体退磁等。本文将简要研究分析故障原因和机理，并建立起合适的故障工况下的有限元仿真模型，分析和提取其故障特征，并提出一些能应用于电机早期故障诊断的判断依据。本文研究分析了三相永磁同步电机的绕组断线故障、匝间短路故障、转子偏心故障以及永磁体退磁故障。

获奖作品：

电动汽车外转子轮毂电机场路耦合设计

作品简介：

本文以一台3KW内置式外转子永磁同步电机为例，根据电磁和控制理论，给出了相应的数学模型和控制框图。利用ANSYS Maxwell与ANSYS Simplorer软件，联合仿真计算得到了电机的控制性能，并对结果进行分析，为永磁同步电机在ANSYS EM系列软件中的系统化仿真提供了一种新的、有效的控制方式。考虑控制策略对电机本体的影响，加入了转速外环和电流内环，得到了转速波形，仿真结果验证了该方法的正确性。

获奖作品：

六相永磁同步电机的设计

作品简介：

多相永磁同步电机具有高可靠性和容错性，转矩波动小，功率密度高，特别适合应用于电动汽车领域。本文设计了一台12kW48槽46极的六相外转子永磁同步电机，并对其工作原理和容错性能进行了分析。

获奖作品：

永磁同步电机齿槽转矩抑制

作品简介：

本文基于ANSYS Maxwell软件建立仿真模型，分析不同电机参数对齿槽转矩的影响，并运用参数扫描对电机的槽口深度及永磁体的形状进行优化，对齿槽转矩进行频谱分解，进一步分析和削弱齿槽转矩。然后针对电机加工偏心的工况对电机齿槽转矩的影响进行仿真分析，并与测试结果进行对比。本文的分析方法和仿真方法可应用于预估表贴式永磁电机的齿槽转矩计算，有利于降低电机的转矩脉动，提高电机输出转矩的平稳性。

获奖作品：

基于ANSYS 43开关磁阻电机优化设计与系统构建

作品简介：

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor）具有结构简单、成本低、可靠性高、调速范围大的优点，相比于传统电机，开关磁阻电机可调参数多，但易出现转矩脉动大、噪声和振动的问题。4/3开关磁阻电机是一种结构较为新颖的磁阻电机，但对其的仿真和设计研究并深入。运用Ansys的各种工具包，建立4/3SRM电机由设计到控制系统完整仿真模型，对电机转矩和振动进行分析。首先简要介绍4/3开关磁阻电机的结构和运行原理。其次基于CAD到maxwell的脚本，构建不同转子结构电机模型，探讨转子结构参数对转矩的影响。其次基于maxwell的参数化仿真，优化电机的控制角。在此基础上，建立Simplorer与Maxwell的联合仿真模型，模拟电机的空载运行。然后，基于Ansys/Workbench对电机的定子进行振动模态分析。最后，制作电机并构建基于Psoc芯片的实验平台，进行空载测试进行验证。

获奖作品：

同步磁阻电机的仿真研究

作品简介：

同步磁阻电机的本体设计在国外有大量的学者进行了较为深入的研究，本文在前人基础上总结了其在设计上需要注意的一些关键点，并对其进行了仿真研究，而且与IPM进行了对比分析，得出了较为理想的结论。

本文首先总结了SynRM电机在本体设计方面的关键点，然后利用ANSYS有限元分析软件对SynRM电机进行了仿真研究，并与IPM性能作了对比分析，得出了较为理想的结论。

获奖作品：

大型汽轮发电机转子偏心故障动态电磁力计算

作品简介：

转子偏心是大型汽轮发电机常见的运行故障之一，发生转子偏心后会造成定转子的振动，损坏轴承及绝缘，严重会造成铁心变形和转子表面的裂纹等。建立汽轮发电机二维时步有限元模型，得到偏心后电机内部磁场的详细分布，结合麦克斯韦应力法对转子表面电磁力进行详细的计算，得到转子铁心表面径向与切向电磁力波动态变化情况。计算结果表明， 偏心后气隙磁场向偏心侧偏移并发生畸变，气隙磁密偶次谐波分量增加；转子铁心表面电磁力波增加，切向与法向均有较大反向波动，偏心反向电磁力径向分量较偏心侧有很大提高。

获奖作品：

永磁磁力耦合器优化设计仿真分析

作品简介：

永磁磁力耦合器作为一种新型永磁传动设备，在现代工业中具有良好的应用前景。本文在ANSYS Maxwell软件中建立不同类型的永磁磁力耦合器仿真模型，对永磁磁力耦合器进行三维瞬态磁场有限元仿真分析。通过仿真分析得到永磁磁力耦合器的磁密分布和涡流密度分布，仿真计算出转差、气隙间距、铜盘厚度以及永磁体厚度对永磁磁力耦合器传递转矩的影响，对永磁磁力耦合器各部件的参数设计进行了优化。最后设计了永磁磁力耦合器特性试验平台，利用试验平台对永磁磁力耦合器样机进行性能测试。通过转差试验和气隙试验，得到了和仿真模型计算相一致的结果，验证了模型的正确性，说明仿真方法正确。

获奖作品：

模块化混合励磁开关磁阻电机电磁特性仿真分析

作品简介：

本文主要研究了一种3相12/10极结构的模块化混合励磁开关磁阻电机(Modular Hybrid Excitation Switched Reluctance Motor，MHESRM)，电机的定子铁心由6各独立的U形分块组成，每个U形分块的槽口处放置切向充磁的瓦形磁钢。文章首先分析了电机的主要结构和运行特点，并对永磁体磁势和电励磁磁势在不同联接方式下的静态转矩、电感、磁链以及稳态运行时的转矩和电流进行了比较；对比了不加控制策略和采用电流斩波控制下电机的转矩脉动、转矩电流比和损耗；最后加工了一台样机并进行了实际测量，实测静态磁链和转矩与有限元仿真结果基本吻合。

获奖作品：

一种轴流式血泵用磁悬浮支承系统设计与仿真

作品简介：

植入式人工心脏泵（简称血泵），能够帮助人体血液循环，减轻心脏压力，为治疗心衰开辟了一条有效的新途径。为进一步降低磁悬浮支承系统的能耗，减少发热，降低控制器复杂程度，我们提出一种径向永磁轴承和轴向混合磁轴承相结合的磁悬浮支承系统。所设计的磁悬浮支承系统的主动控制自由度只有一个，降低了控制系统的复杂性，血泵的整体体积减少，能够降低功耗和发热。通过有限元软件ANSYS对径向永磁轴承和轴向混合磁轴承的支承特性进行分析。研究结果表明：所设计的磁悬浮轴承在径向和轴向上刚度满足要求，能够将叶轮转子回复到中心平衡处。本文能够为血泵磁悬浮支承系统的设计和优化提供理论依据。

获奖作品：

笼型三相异步电动机电磁力与电磁振动的计算分析

作品简介：

本文采用场-路耦合二维瞬态电磁场分析方法计算分析了一台4极电动机的电磁场及气隙电磁力波。经过对其进行时-空二维傅里叶分析得出各个阶次及各个频率下的力波对应关系，并分析了该次力波组成部分及产生原因。在电磁力波计算分析的基础上，采用谐响应有限元计算方法，计算分析了该台电动机的主要力波下的电磁振动，并将计算结果与试验数据进行对比分析，证明计算方法的合理性。

获奖作品：

新型航空用永磁电机仿真分析与设计

作品简介：

根据航空用电动机的性能指标及其要求，利用ANSYS-Maxwell 2D软件建立电动机模型并仿真分析了气隙磁密，削弱了电动机的齿槽转矩。利用ANSYS-Mechanical软件对优化设计后的电动机噪声场进行仿真分析。根据永磁无刷直流电动机电路模型以及航空电动机的机电动作器控制原理图，对样机施加激励，测定电动机的声压级，仿真结果较好。仿真结果和测试值较为接近，验证了仿真结果的准确性，为航空用电动机的性能提升具有一定的参考意义。

获奖作品：

电励磁多相同步电机瞬态参数的频域法计算

作品简介：

本文在给出了多相绕组脉振电流的加载方法和运算电抗频率特性拟合方法的基础上，以一台电励磁多相同步电机为算例，利用时谐场有限元分析实现了多相电机瞬态参数的频域法计算，给出了其主要建模过程，并利用脚本程序实现其绕组加载与磁链结果的提取，以简化时谐场下的建模与分析。在此基础上，利用算例模型计算了单套绕组加载和双套绕组加载时的运算电抗频率特性，计算结果表明，其单套绕组的自感抗比单套绕组的互感抗大，电抗差随着频率增加发生波动变化，瞬态之初差异最大，稳态时差异最小。同时，利用算例模型分析了转子位置变化对运算电抗分析结果的影响，分析结果表明，电抗分析结果发生与槽漏抗无关的小幅波动。

获奖作品：

高速电励磁双凸极电机的转子强度与电机温升研究

作品简介：

与传统电机相比，高速电机无需借助复杂、维护困难的变速装置，可直接与高速负载或原动机相连，具有功率密度高、体积小、效率高、可靠性高、运行成本低的优点，具有广阔的应用前景。电励磁双凸极电机转子结构简单，适合高速运行。本文针对高速电励磁双凸极电机，首先确定其结构参数，利用Ansys Maxwell 2D分析其电磁特性；然后对高速情况下的转子强度进行校核，确保选用合适的转子叠片材料；最后设计电机的循环水冷系统，仿真得到稳态情况下的电机温升。

获奖作品：

电动自行车用磁通切换电机设计

作品简介：

常见的永磁同步电机和永磁无刷直流电机一般都是转子永磁型电机，有表贴式、内嵌式等类型。定子永磁型电机的永磁体和电枢绕组都安放在定子上，转子是一个完整的铁心，无永磁体，也无线圈，所以该电机的转子的可靠性和机械性能非常高，尤其适合高速电机。另外，永磁体安放在定子上，永磁体的冷却问题容易解决，可以避免永磁体高温退磁问题。定子永磁型电机因自身的诸多优势，受到了越来越多的关注。从20世纪90年代开始，陆续出现了三种新型结构的定子永磁型电机：双凸极永磁电机（DSPM）、磁通方向永磁电机（FRPM）和磁通切换永磁电机（FSPM）。为了探究定子永磁型电机与转子永磁型相比，在电磁性能、成本上是否具有优势性，本文将设计一台FSPM电机，与一台已经在市场上使用的电动自行车用表贴式永磁同步电机进行成本和性能上的比较。为了保证比较结果的公平性，FSPM电机和SPM电机在外形尺寸、额定功率、额定电压、额定转速、所用材料上保持一致，比较两种电机的永磁体用量、铜线用量和定位力矩的大小。

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