变磁通轴向磁场永磁电机机械动力学分析与弱磁能力研究

对机械变磁通轴向磁场永磁电机(MVFAFPMEM)进行机械动力学与电磁场仿真分析,研究机械调磁装置的运动特性、角度调节能力及电机弱磁能力。基于机械系统动力学自动分析(ADAMS)虚拟样机技术,研究了不同转速下凸轮角加速度和弹簧形变情况,获得了转子错开角度随电机转速的变化规律;利用有限元方法计算了转子错开角度变化时的电机气隙磁场,研究了凸轮式机械调磁装置对电磁特性的影响。仿真结果表明,利用所设计的调磁装置,可使电机两转子间的错开角度在0°~21°范围内变化,弱磁能力较强。试验结果验证了理论与仿真分析的正确性,利用凸轮式机械调磁装置能够根据电机转速自动调节两转子间的相对位置,实现轴向磁场永磁电机气隙磁场强度的宽范围调节。     

新型磁通切换机械调磁永磁电机设计分析

结合磁通切换永磁电机与机械调磁电机的优点,研究了一类基于磁通切换原理的漏磁式机械调磁永磁电机。借助机械调磁装置来协调控制磁通切换电机内部磁场分布,利用ANSYS软件对电机的主要结构参数进行优化,并分析了调磁装置在不同位置时电机的调磁性能。结果表明,磁通切换型机械调磁永磁电机结构设计合理,机械调磁装置中的调磁块与单元转子错开角度可以实现电机弱磁扩速,证明该新型机械调磁装置具有较好的调磁性能。     

机械调磁式轴向永磁同步电机调磁特性分析与试验研究

为实现永磁电机内部磁场的灵活调节,提出一种利用附加机械装置实现电机内部磁场可调的轴向永磁同步电机。深入研究该电机的工作原理及调磁机理,采用虚拟样机技术对电机进行机械动力学仿真分析,获得了弹簧形变和转子错开角度随转速变化的规律;采用有限元法对电机内部磁场、绕组磁链、感应电动势及气隙磁通密度等电磁特性进行了数值计算。仿真结果表明,利用机械调磁装置的离心作用实现两转子错开角度,可调节电机内部磁场分布,进而达到拓宽弱磁调速范围的目的。试验结果证明了理论分析与仿真计算的有效性。     

漏磁式机械调磁外转子永磁同步电机损耗分析

提出一种基于离心运动的新型漏磁式机械调磁外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell软件,对电机的调磁效果进行有限元分析,获得了电机在不同弱磁程度下的参数,并对电机损耗进行分析。结果表明,借助漏磁式机械调磁装置,能有效地调节外转子永磁同步电机的气隙磁场,弱磁效果较好;在弱磁工作状态下,电机的损耗有所降低,从而可提高电机的平均效率。     

新型机械轴向变磁通永磁同步电机分析研究

为解决传统变磁通永磁电机在基速以上运行可靠性差和调磁困难的问题,提出一种附加机械调磁装置的新型轴向变磁通永磁同步电机。采用有限元法对电机运行于不同转速时的磁场分布进行分析,建立轴向变磁通永磁同步电机三维有限元仿真模型,获得了电机在不同转速下气隙磁密、绕组磁链及空载反电势、电感等电磁特性。分析结果表明:在基速以下时,机械调磁装置不动作,该电机能以大转矩运行;在基速以上时,机械装置相应动作,电机可在宽范围恒功率运行,调磁效果较好。通过制作样机和构建电机系统试验平台,验证了理论分析和设计的有效性。     

定子永磁和转子永磁混合式步进电机性能比较研究

定子永磁型混合式步进电机(stator-permanent-magnet hybrid stepping motor,SHSM)是一种新型结构的混合式步进电机,其运行原理与普通转子永磁型混合式步进电机相同,但转子结构更为简单、转子机械强度更高、转矩及功率密度更大、永磁体散热更容易、设计分析计算更为方便。为合理评估两种结构混合式步进电机性能,该文从永磁气隙磁密、最佳铁心迭长、永磁转矩、定位转矩及转矩脉动、永磁磁链及空载反电动势、永磁体漏磁及利用率、定子轭部磁通密度等方面对两种电机进行综合分析比较。试制一台功率为240W的2相8极50齿SHSM样机,通过实验验证其工作原理的实际可行性。基于SHSM样机参数,构建两种电机的有限元仿真模型并进行有限元分析比较。有限元和实验结果验证了理论分析的正确性,为新型SHSM的进一步推广应用奠定一定理论基础。     

正弦极宽调制式永磁电机的磁场分析与实验

为提高传统表面式永磁电机气隙磁场的正弦程度,降低永磁电机的谐波影响,提高表面式永磁电机的效率与力能指标,提出一种正弦磁极调制式的永磁电机转子结构.转子铁心表面磁极是由若干小磁块阵列构成的,阵列中磁块的宽度、高度及磁块之间的间隔符合一种调制关系,合理设置转子永磁替的结构和位置使其产生的气隙磁场波形更加接近正弦波.通过电磁...     

Halbach阵列双转子永磁电机磁场分析与转矩计算

双转子永磁电机是一种具有高转矩密度、高运行效率新型永磁电机,双层气隙结构也使电机内部磁场分布更加复杂、转矩波动更为严重。为进一步改善该电机气隙磁场分布,降低输出转矩脉动,内、外侧转子分别建立新型Halbach阵列磁体,使两部分转子同时获得理想的单边磁场。通过建立双转子电机二维有限元模型,计算和分析了电机内、外转子的径向气隙磁密、齿槽转矩、输出转矩脉动等特性,并与径向充磁双转子电机进行比较。结果表明,该方法可以有效优化气隙磁密,降低转矩脉动系数,提高电机运行稳定性。     

双定子多励磁源磁通切换电机的电磁特性与机械性能分析

针对传统磁通切换永磁电机稀土材料用量高、永磁磁场调节困难的问题,提出了新型的C-core(C型铁心)式和E-core(E型铁心)式双定子多励磁源磁通切换(Dual-Stator Multi-Excitation Flux-Switching Permanent Magnet, DSME-FSPM)电机结构,分析了该类DSME-FSPM电机的结构特点及其工作原理,比较两种电机的空载特性、转矩能力、抗退磁能力以及电机调磁性能,并分析DSME-FSPM电机转子结构的离心应力与最大形变等机械性能。研究表明,C-core式DSME-FSPM电机具有较好的电磁性能与调磁性能,稳定性强,具有电动汽车驱动领域的潜在应用价值。     

转子分段永磁同步电动机静态三维场分析

讨论了一种新型转子分段永磁同步电机的结构特点,阐述其运行原理.电机采用两段式转子结构,利用转子间相对位置调整解决了永磁电机制成后气隙磁场难以调节的问题.通过三维有限元法得到不同转子相对位置下电机气隙磁密变化趋势,与理论分析一致,验证了该新型电机结构的合理性.     

一种提高永磁牵引电机弱磁扩速能力的新结构

弱磁扩速能力差是困扰永磁牵引电机向高速度发展的主要原因。本文提出了一种内置分段式的转子磁路结构形式有利于改善永磁牵引电机的弱磁扩速能力。利用Ansoft电磁场分析软件分别分析了普通转子磁路结构形式和内置分段式转子磁路结构形式对直轴电枢反应电抗的影响,从计算结果来看分段式磁路结构的直轴电感比传统式结构提高了60%,当电流同为13A时,所能达到的最高转速提高了50%。样机试验结果表明,内置分段式转子磁路结构形式可有效改善永磁牵引电机的弱磁扩速能力,且其他基本性能指标满足要求。     

Flux-Weakening Regime Operation of an Interior Permanent-Magnet Synchronous Motor Drive

The interior permanent magnet (IPM) synchronous motor is compatible with extended-speed-range constant-power operation by means of flux-weakening control. Flux weakening uses stator current components to counter the fixed-amplitude magnetic airgap flux generated by the rotor magnets, performing a role similar to field weakening in a separately excited dc motor. The nature of current regulator saturation caused by the finite inverter dc source voltage is described, marked by premature torque and power degradation at high speeds in the absence of flux-weakening control. This is followed by presentation of a new flux-weakening control algorithm developed as a modification of an established feedforward IPM torque control algorithm described previously in the literature. Attractive features of this new algorithm include smooth drive transitions into and out of the flux-weakening mode, fast response, as well as automatic adjustment to changes in the dc source voltage. Simulation and empirical test results from a 3-hp laboratory IPM motor drive are used to confirm the constant-power operating envelope achieved using the new flux-weakening control algorithm.     

三种转子结构的永磁同步电机磁场比较研究

针对面贴式和内置式永磁电机的各自特点,提出一种两者混合的永磁电机转子新结构。采用有限元法建立面贴式、内置式及混合拓扑结构的永磁电机模型,计算三种结构电机的静态磁场,比较分析其等位线分布规律、一极距内气隙磁感应强度幅值分布及磁感应强度的云图分布,提出新型结构的永磁电机在气隙磁场分布上更接近正弦的结论,为此电机的设计、运行等提供理论基础。     

复合转子永磁无刷直流电动机弱磁特性研究

由于永磁无刷直流电动机(BLDCM)在通电方式、磁场特性上与永磁同步电动机(PMSM)有较大改变,其弱磁规律较PMSM有很大变化,而复合转子磁阻段对弱磁性能的影响也有较大改变,传统BLDCM弱磁模型不足以精确描述BLDCM弱磁规律.本文通过建立场路结合的状态空间模型将磁场与通电模式相结合,准确模拟了最小分析区间内转子每个位置的磁状态;以磁链空间位置函数的差分替代其微分,实现转子旋转过程中电枢反应的准静态场有限元分析,从而较真实反映了BLDCM内在弱磁的物理过程.样机实验与仿真结果的吻合表明了这种研究方法的可行性.在此基础上,对比研究了PMSM与BLDCM在弱磁规律上的异同点,获得了一系列有意义的结论.     

磁路交叉饱和对内置式永磁同步电机宽调速控制性能影响的研究

无论是在恒转矩运行区域还是在恒功率运行区域,内置式永磁同步电机的电磁参数对其控制系统的性能都会产生重要影响。该文建立了考虑磁路交叉饱和的电机有限元模型,通过对已有电感计算模型分析,提出了一种更精确的电感参数计算模型。通过实验对不同参数下控制性能进行比较分析,并对磁路饱和交叉饱和对控制性能影响进行分析。实验结果表明,采用所建立的电感参数计算模型所得参数进行控制系统设计,可有效提高电机控制性能。     

混合动力汽车ISG用混合永磁同步电机转子研究

设计了一款混合动力汽车集成式起动发电机(ISG),用钕铁硼和铁氧体混合永磁的永磁同步电机(PMSM)。分析了两种永磁体的结构参数对电机磁路的影响规律,推导了钕铁硼和铁氧体并联磁路的约束条件;以铁氧体的不可逆退磁量和电机的基本性能为优化目标,通过场-路结合的方法,确定了钕铁硼和铁氧体的结构参数;并与传统的钕铁硼PMSM在电机性能和永磁体成本等方面进行了比较分析。研究结果表明,所提出的ISG混合永磁电机能有效地减少永磁体材料成本和铁氧体退磁风险,电机性能达到了设计要求。     

一种永磁磁体外部特殊磁场区域的构建问题

单边开放式永磁型磁共振磁体结构的研究是一个全新的电工课题.本文基于鞍点理论,探索永磁磁体外部一侧构建均匀磁场区域的可行性问题,并根据可行性要求,通过对单边电流线圈结构的分析,给出一种单边永磁磁体结构方案,并应用一种数值法与半解析法相结合的混合算法分析这种特殊磁体结构的磁场.数值仿真结果表明,本文提出的永磁磁体结构能够较好地在磁体外部构建符合成像要求的薄片形磁场区域.鞍点理论在单边开放式MRI磁体结构设计中的成功应用,为单边永磁MRI磁体结构的分析提供了可靠的理论依据,而磁体外部特殊磁场区域的成功构建,为介入式磁共振系统的研究准备了条件.     

增程式电动车用永磁同步电机弱磁控制仿真研究

考虑到增程式电动车(EREV)电驱动系统的特点和特殊要求,在永磁同步电机数学模型的基础上,研究了永磁同步电机的弱磁控制原理及其控制策略。在基速以下,采用最大转矩/电流控制(MTPA),使电机运行于恒转矩区,以获得最大电磁转矩;当转速增至基速后,则采用弱磁控制策略,以拓宽电机的调速范围,实现高速恒功率运行。在Matlab/Simulink中,基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对永磁同步电机弱磁控制系统进行了建模仿真,验证了该弱磁控制算法正确性。     

基于多模式SVPWM算法的永磁同步牵引电机弱磁控制策略

弱磁控制技术可以降低逆变器的容量、拓宽调速范围,对提高轨道交通永磁同步牵引系统的性能有着重要而现实的意义。性能优异的调制方式更能保证弱磁系统输出良好的控制性能,而大功率传动系统开关器件的开关频率较低,使得传统的空间电压矢量异步调制方法已不能满足控制策略需要,本文在分析空间电压矢量多模式调制算法原理以及永磁同步电机弱磁原理的基础上,提出了新型的基于多模式空间电压矢量调制算法的永磁同步牵引电机弱磁控制策略,保证永磁同步牵引电机弱磁控制系统能充分利用开关频率,且在异步调制和分段同步调制段都具有良好的输出特性,仿真和试验验证了本方案的可行性和有效性。     

1 MW/60 MJ飞轮储能系统设计与实验研究

为钻机混合动力传动系统研制了1套1 MW/60 MJ飞轮储能系统,开展了轴系动平衡、充放电、损耗和效率测试实验研究。采用高强度合金钢变截面飞轮存储动能,飞轮电机轴系为立式支撑结构,重型拼装永磁环轴承承担了97%的轴系重量。永磁电机转子采用格柵结构硅钢内嵌磁钢,以实现较高速度安全运转。基于大容量功率电子变换和电机控制技术,开发了100~300 k W充电、500~1 000 k W放电的控制电路硬件和软件,充电过程中采用了弱磁、转速和电流的双闭环控制策略,放电过程中采用电压闭环和电流前馈控制策略。动平衡后飞轮储能机组振动减少为0.07 mm以内。飞轮储能电源充放电循环效率达到86%~88%。