E型多齿开关磁链永磁记忆电机电磁性能分析

记忆电机是一种通过改变低矫顽力永磁体磁化状态进行调磁的新型永磁电机。针对传统C型多齿开关磁链永磁记忆电机在恒转矩区转矩性能低的问题,提出并设计了一种采用E型铁心的新型多齿开关磁链永磁记忆电机。基于有限元法建立了电机模型,分析了其电磁性能,包括磁链、反电动势、直交轴电感与转矩等。与传统C型多齿开关磁链永磁记忆电机对比,E型多齿开关磁链永磁记忆电机最大转矩提高了7.7%。结果表明,提出的电机结构具有更大的电磁转矩。     

永磁记忆电机调磁控制系统的设计及实验测试

基于永磁材料磁滞特性，研制了一套适用于永磁记忆电机的永磁体调磁控制系统。分析了永磁体的调磁特性，针对永磁体调磁所需的瞬时强磁场特点，设计和制作了永磁体调磁控制系统的硬件电路。通过搭建软件仿真和硬件测试平台，完成永磁记忆电机内永磁体调磁控制的实验测试和分析。实验结果表明，该永磁记忆电机调磁控制系统具有实时性、精准性和有效性的特点。     

一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析

设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。     

基于滑模观测器的磁通切换型记忆电机永磁磁链辨识研究

近年来一类采用高剩磁、低矫顽力永磁材料的记忆电机得到了广泛的研究。这类电机可以通过施加电流脉冲直接调节永磁体的磁化水平,从而大大拓宽电机的弱磁调速范围。记忆电机在运行过程中的永磁磁链是可变的,仅依靠离线实验所得的反电动势/电流表格无法精确得出电机的磁链,因此需要在线观测永磁磁链幅值。为此设计了基于q轴电压方程的永磁磁链滑模观测器,分析了观测器稳定性和参数选择依据,仿真计算证明了提出的永磁磁链观测器的有效性。     

一种外转子可变磁通永磁记忆电机设计与弱磁性能分析

设计了一种外转子可变磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了电机模型,给出了永磁材料磁化特性和电机工作模型。采用有限元分析方法,对电机的弱磁性能进行探究,给出了电机施加不同直轴去磁电流时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线和磁通密度分布曲线。仿真结果表明,该电机具有良好的弱磁性能,其调磁过程主要通过改变铝镍钴永磁体的磁化水平实现。     

可变磁通永磁记忆电机调磁特性

建立了可变磁通永磁记忆电机永磁体连续去磁和重新充磁的磁化模型,给出了去磁时的回复线方程和充磁时的局部磁滞回线方程,采用有限元法对电机施加不同定子直轴电流时的磁通分布和永磁体内的磁通密度变化进行了分析,据此计算了电机永磁体在不同磁化状态时的气隙磁通密度、相磁链、相反电动势、每极气隙磁通等参数。文中给出了记忆电机连续去磁与充磁的有限元分析流程。设计制作了一台样机进行了实验验证,实验结果与有限元计算结果吻合较好。有限元计算与实验结果同时表明,记忆电机能实现连续近似线性去磁,但增磁特性呈非线性;永磁体的充磁比去磁困难,饱和充磁电流大约是完全去磁电流的4倍。     

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机分段弱磁控制

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机(hybrid permanent magnet axial field flux-switching memory machine,HPM-AFFSMM)采用钕铁硼和铝镍钴两种永磁励磁,既具有轴向磁通切换永磁同步电机转矩和功率密度高的优点,又具有记忆电机永磁磁化状态在线可调的特点。在研究HPM-AFFSMM调磁原理、电磁参数及数学模型的基础上,提出了一种HPM-AFFSMM宽调速控制方法。基于分区控制,低速区采用永磁饱和磁化方式运行,高速区采用分段弱磁方式运行。在分段弱磁区域,所需永磁磁链满足给定转速所在区间内的最大转速对应的永磁磁链。在全速度范围内,为实现充去磁,提出了一种对电机参数敏感性较低的自适应永磁磁链观测器设计方法。仿真和实验结果表明,在低速区,饱和增磁运行缩短了电机的起动过程;在高速区,分段弱磁运行优化了永磁磁链的控制,拓宽了电机的调速范围。因此,HPM-AFFSMM非常适合应用于电动汽车起/发一体机。     

钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

基于参数辨识的PMSM电流环在线自适应控制方法

针对永磁同步电机矢量控制系统中电流控制器性能因电机参数变化而下降的问题,提出了一种基于参数辨识的电流环在线自适应控制方法。利用带遗忘因子的递推最小二乘法对永磁同步电动机定子电阻和永磁体磁链进行在线辨识,然后利用得到的定子电阻和永磁体磁链对电机d-q轴电感进行在线估计,最后利用得到的辨识值计算出实时运行条件下的电流环PI参数值。实验结果表明采用本文方法计算所得的PI参数值能够在电机参数发生变化时快速实现电流的精确控制。     

考虑互感的多齿开关磁链永磁记忆电机的精确磁路模型

由于多齿开关磁链永磁记忆电机（Multi-tooth SFPMMM）相邻电枢绕组之间互感较大,在设计时如果忽略互感会产生较大的误差。为了提高优化设计精度,该文提出一种考虑相间互感和端部漏磁的等效磁路模型（EMCM）法。建立考虑多齿SFPMMM相邻两相互感的等效磁路模型。最后,用有限元仿真和实验样机分别进行验证,结果表明,与未考虑互感时的EMCM相比,使用所提出的模型,空载反电动势计算精度提高了15.3%。     

混合永磁记忆电机特性分析和实验研究

提出一种混合永磁可变磁通记忆电机,研究了永磁体不同磁化状态下的静态特性。基于有限元法,对施加不同去磁电流时的电机磁场分布进行了分析,并观察永磁体内的磁密变化,计算了不同永磁磁化状态下的气隙磁密、永磁磁链、反电动势及每极气隙磁通等电机主要参数。制作一台样机,并进行实验研究,实验结果与有限元计算结果吻合较好。研究表明,永磁体的充磁比去磁要困难,当磁化电流为2倍的定子额定电流时,能将磁体去磁90％,而仅能充磁到饱和时的30％：与基本结构记忆电机相比,该混合永磁记忆电机具有更高的气隙磁密。该类电机在宽调速驱动系统中具有应用前景。     

基于等效磁路法的永磁同步电机特性分析

针对有限元法在电机设计初期计算量大且耗时长的特点,为8极9槽永磁同步电机提出了一种相对简单且准确的等效磁路法计算模型。模型中把一个永磁体根据磁路分为几部分,给出了考虑永磁体通过定子齿端部产生漏磁时的永磁体模型。该等效磁路网络同时考虑了磁路饱和、齿槽效应和电枢反应等现象。永磁体漏磁不进入电枢绕组,对绕组磁链和电枢反电势并不起作用,因此在模型中把该漏磁单独考虑。通过迭代的方法,来求解铁心磁导。采用节点磁位法来求解该模型网络,得到电机的磁场分布。在此基础上对电机绕组磁链、电枢反电势和齿槽转矩等特性进行分析计算。同时建立了2D有限元模型,对电机磁场和特性进行分析。最后将等效磁路法模型和有限元模型得到的结果进行对比,验证了等效磁路模型的正确性。     

一种新型多齿开关磁链直线电机的关键问题

提出一种省永磁、高推力性能的新型多齿开关磁链直线电机;推导分析直线电机端部开断引起的电磁推力与定位力特点,比较3种端部辅助齿形状对推力特性的影响,结果表明与内部齿相同的端部辅助齿可使直线电机得到较好性能;与旋转电机同样电枢高度及齿槽宽度的直线电机电密偏高,故增高电抠使槽面积增大到2.5倍,之后分析FSPM直线电机非饱和时推力表达式及饱和对电磁性能的影响,永磁优化分析表明21 mm高度永磁体可以使本设计电机达到最大推力,最后示出了不同轭部高度、不同气隙时,最佳永磁体高度的选择规律.     

表面式永磁同步电机单边磁拉力抑制

在永磁同步电机当中,由于磁场的不对称,会引起相应的单边磁拉力,如8极9槽电机。该文提出了一种基于永磁体周向分段的单边磁拉力抑制措施。首先,利用气隙磁导和磁动势模型,推导了永磁电机的单边磁拉力解析模型;然后基于此模型,提出了永磁体周向分段的单边磁拉力抑制措施,推导了周向分段的最佳位置和尺寸的理论值。为了验证以上理论分析,文章以一台8极9槽永磁电机为例,运用有限元计算了周向分段位置和尺寸对单边磁拉力的影响规律,验证了解析方法的正确性,研究结果表明,采用文章所提出的永磁体周向分段方法可以大大降低电机的单边磁拉力,其峰峰值可由原来的80.6N降低到13.8N,降低了82.9%。     

基于dSPACE三相SRD磁链特性检测方法

针对开关磁阻电机常见磁链检测方法过程复杂、实现困难的缺点,提出了基于d SPACE平台的磁链特性检测系统,通过阶跃电压法检测电机的磁链特性。该系统只需建立Simulink磁链计算模型,应用Control Desk系统丰富的虚拟控件,简便快速在线优化模型,该方法简单,易于实现,通过试验验证了该磁链特性检测方法的准确性和可行性。     

永磁同步电机永磁体状况在线监测

提出一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流和永磁体磁链为状态变量，构建估算转子永磁体磁链幅值和方向的卡尔曼滤波器。该方法能准确跟踪永磁体真实状况，对电机参数不敏感，鲁棒性强。基于动态估算的电机永磁体磁链，可为永磁同步电机控制系统实时提供准确的转子磁链信息，提高系统控制性能和效率。同时，基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度，提高系统可靠性。实验结果验证了方法的正确性和有效性。     

定子混合励磁开关磁链电机调磁能力优化及比较

通过对两种12/10混合励磁开关磁链(HESFPM)电机的比较,研究了不同定子结构混合励磁电机的调磁性能。第一种混合励磁开关磁链电机(HESFPM-1)选择直流励磁绕组来代替部分永磁体,而第二种电机(HESFPM-2)将直流励磁绕组放置在传统的开关磁链电机的定子轭部。HESFPM-2电机的直流励磁绕组槽面积更大,该电机具有更好的弱磁和增磁能力。在电机设计中,HESFPM-2电机的槽面积比具有较宽的范围,因此电机设计更加灵活。比较了两种混合励磁开关磁链电机在不同永磁体长度、宽度以及定子齿宽下,电机的转矩和调磁性能。通过有限元分析和实验样机对HESFPM-2电机的调磁性能进行了验证,结果表明,有限元仿真结果与实验结果有较好的一致性。     

开关磁阻电机磁链特性检测与位置信号估计

针对开关磁阻电机磁链检测过程复杂、实现困难的问题,提出一种基于dSPACE在线磁链特性检测系统。利用SIMULINK建立磁链计算模型,应用ControlDesk丰富的虚拟控件在线优化模型,采用阶跃电压法,简便快速检测磁链特性。针对开关磁阻电机简化磁链位置估计方法中换相位置不好确定、位置估计精确度低的缺点,提出一种基于特征位置磁链特性检测的改进型简化磁链位置估计方法。以相电感曲线的交点为特征位置,该位置磁链密度不高,因而该方法比传统的简化磁链位置估计方法精确度高。为减小电机加工工艺误差对特征位置磁链特性检测的影响,引入算术平均值的方法。实验结果验证了该磁链特性检测和改进型简化磁链位置估计方法的有效性。     

串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机设计与调磁特性分析

提出一种新型串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机,对其进行设计,研究了其调磁特性。通过在高矫顽力永磁基础上串联磁化水平易于调节的低矫顽力永磁,不仅可维持较高的气隙磁场,也可改变磁场的大小。基于三维有限元分析,研究了混合永磁比例对电机性能的影响,对比了不同磁化水平下永磁体磁场分布及电机的电磁特性。制造样机,进行试验研究,测试结果验证了仿真计算的正确性。通过脉冲电流改变永磁磁化水平,可连续平滑调节和控制该电机磁场,调磁损耗小,有效解决了磁通切换电机气隙磁场难以调节的问题,适用于电动车辆等需要宽调速高效率驱动的应用场合。