混合励磁分块转子磁通切换电机电磁特性分析

为了提高电励磁转子分块式磁通切换电机转矩密度和功率密度,提出一种混合励磁分块转子磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入径向充磁的永磁体,提高了电机的转矩密度和功率密度。介绍了电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计。通过有限元仿真得出静态永磁磁场分布、永磁磁链、反电势和定位力矩。与典型混合励磁磁通切换电机的调磁磁性能进行对比研究。有限元仿真结果表明:混合励磁分块转子磁通切换电机具有高转矩密度、高功率密度、强容错能力、强调磁能力,适合用于启动发电系统。     

无刷交流电励磁磁通切换电机电磁性能研究

开关磁阻电机具有转子结构简单坚固、无励磁源的优点,为实现其全周期工作方式和定子磁链的双极性变化,提出一种电励磁磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入励磁绕组,实现电机的全周期工作能力.介绍电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计,重点与分裂绕组开关磁阻电机(全周期工作)的电磁性能进行对比研究.有限元仿真结果和样...     

基于空间矢量调制的电励磁磁通切换电机转矩角增量控制策略

电励磁磁通切换电机具有转子结构简单坚固,磁链双极性、反电势正弦度高的优点,是一种新型的无刷交流电机。交流电机的2种经典控制策略中,相对于矢量控制(vectorcontrol,VC),直接转矩控制(direct torque control,DTC)具有算法结构简单、动态性能好的优点,但是其电流谐波含量高、转矩和磁链脉动大。为同时提高调速系统的动、静态性能,该文研究了一种基于空间矢量调制(space vectormodulation,SVM)的电励磁磁通切换电机转矩角增量控制策略,定义转矩PI环的输出为转矩角变化量,通过合成空间矢量对定子磁链矢量角增量的直接平滑调节,实现了对电磁转矩的直接线性调节。比较了最大合成空间矢量和基本前进矢量改变定子磁链矢量角的能力。在一台电励磁磁通切换电机上,利用TMS320F2812控制系统进行了传统DTC和该文提出算法的比较实验,验证了所提算法的正确性和有效性,新算法具有优良的动、静态性能。     

混合励磁磁通切换电机电磁特性分析与实验验证

混合励磁磁通切换电机通过调节励磁电流进而可以调节气隙磁场的大小,因此在电动汽车等工业控制领域有着较为广泛的应用前景。本文首先介绍12/10极HEFSM的拓扑结构,介绍了磁通切换和混合励磁的工作原理,接着利用Ansys/Maxwell软件建立电机的有限元仿真模型,对电机的磁场分布、磁链、反电势和转矩等电磁特性进行了仿真分析,研究了过饱和效应对HEFSM电磁特性的影响。结果表明:励磁电流在一定范围内对电机的电磁特性有明显的调节作用。并对电机不同工况下反电势进行测量,与有限元仿真结果进行比较,证明了电机有限元模型的正确性。     

轴向磁通切换型混合励磁同步电机优化分析

提出一种定子分割式轴向磁通切换型混合励磁同步电机,分析电机的电磁特性,进行优化分析。基于三维有限元方法,建立电机的有限元分析模型,获得电枢绕组磁链、空载电动势及绕组电感等参数电磁特性;分析定子槽口宽度、永磁体宽度、定子槽深度及转子齿宽度变化对绕组感应电动势的影响规律。有限元分析结果表明:通过调节励磁电流,线圈磁通变化明显,调磁效果较好;优化分析结果为电机尺寸的确定提供了一定的理论依据。     

不同极槽数配合的分立定子混合励磁磁通切换电机研究（英文）

混合励磁电机使用永磁体和励磁线圈共同作为励磁源,可以集成永磁电机高效率、高功率密度以及电励磁电机灵活调磁的优点。该文将研究一种分立定子混合励磁磁通切换电机,该电机的永磁体和励磁线圈均置于定子以省略电刷滑环,同时采用双定子结构以解决传统定子混合励磁电机的定子空间拥挤问题。该电机遵循磁通切换原理,静止励磁源产生的磁通被凸极转子调制,进而在电枢绕组上产生双极性交变磁链。该文将介绍该电机运行原理,并重点研究不同定转子极槽数配合的电机电磁性能,以说明该类型电机兼具高转矩密度和强调磁能力。此外,分析关键设计参数对电机转矩密度和调磁能力的影响,为电机设计提供指导。最后,制作并测试2台样机以完成实验研究。     

电励磁磁通切换电机励磁故障下发电运行研究

针对电励磁磁通切换电机(EE-FSM)的独特定子结构配置,提出一种在励磁绕组发生故障、无励磁磁场时,以开关磁阻发电机(SRG)模式运行的控制策略。首先分析了EE-FSM以SRG模式运行的基本原理,然后以一台12/10 EE-FSM为研究对象,提出一种6相SRG发电运行控制方案。在此基础上,采用有限元法分析了电机以SRG模式运行时的磁场分布、电枢绕组磁链、电枢电流以及电功率输出能力等电磁特性。分析结果表明,EE-FSM在励磁绕组故障条件下可运行于SRG模式,从而可改善EE-FSM发电运行状态的可靠性。     

基于等效磁网络法的混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机建模研究

提出了一种混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)的等效磁网络模型,此模型可以分析电机悬浮和转矩绕组的磁链、电感及悬浮力和转矩等静态特性。等效磁网络法(EMN)不仅能保证一定的精度,而且比有限元法（FEM）节省时间。基于一种24/16/8极混合励磁双定子BSRM建立EMN模型,推算出电机定转子齿部、轭部以及气隙磁导的计算公式。建立矩阵方程,求解出各部分的磁通密度,进而求出悬浮和转矩绕组的磁链、电感以及悬浮力和转矩特性,和FEM求解的结果进行对比。可以发现EMN模型求解出的电磁特性和FEM分析的结果吻合效果很好,进一步证明了所建模型的有效性。     

并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统功率角线性控制策略

研究并实现了并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统。所提并列式混合励磁磁通切换电机拓扑在实现优良的磁场调节能力和故障灭磁能力的同时,避免了永磁体的短路和退磁。针对传统"调磁调压"控制策略动态能力差、电流谐波大以及直接转矩控制静态性能一般的不足,提出了功率角线性控制算法。该算法通过建立转矩与功率角的直接线性关系,在无电枢电流闭环环节的条件下,实现对功率角的直接线性调节,同时研究了能提高恒功率区域转矩输出能力的励磁电流调节方法。搭建了并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统实验平台,进行对比实验。实验结果表明,与直接转矩控制算法相比,采用功率角线性控制算法后电机转矩脉动、磁链纹波以及电流谐波含量均减小了,且采用该控制方法后,电机的动态性能良好。     

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。     

Performance Assessment of High-speed Flux-switching Permanent Magnet Machine Using Ferrite and Rare Earth Permanent Magnet Materials

This article presents the investigation and comparison of the capabilities and characteristics of high-speed flux-switching permanent magnet machines using ferrite and rare earth permanent magnet materials. Special design considerations for ferrite flux-switching permanent magnet machines under high-speed operation are proposed. Two ferrite and one NdFeB flux-switching permanent magnet machines, rated at 10 kW and 15 krpm, were designed for performance assessment. Various machine performances, including torque characteristics and loss distribution, are compared. In addition, the risk of partial demagnetization and the performance degradation due to partial demagnetization are also investigated. This research reveals several promising characteristics of the ferrite flux-switching permanent magnet machine, such as lower total loss, negligible magnet eddy current loss, and better cooling potential. The results also show the possibility of designing a high torque density ferrite flux-switching permanent magnet machine, which is comparable to the NdFeB flux-switching permanent magnet machine, taking advantage of the flux concentrating effect.     

电动自行车用磁通切换电机研究

针对电动自行车用磁通切换电机齿槽转矩大的问题，依据槽极配合原理，设计并对比了12槽10极和12槽11极2台电机。有限元仿真结果表明，12槽11极电机的转矩脉动仅为12槽10极的16.6%，通过转子分段斜极方式进一步减小其齿槽转矩，同时分析转子斜极角度对电机转矩性能的影响。研究结果表明，斜极优化后的12槽11极磁通切换电机转矩脉动仅有2%，且输出转矩能够满足电动自行车日常行驶动力需求。     

新型两相磁通切换型双凸极永磁电机的静态特性研究

提出并分析了一种新型两相磁通切换型双凸极永磁电机的结构特点和运行原理,基于有限元法深入研究其静态特性,并通过转子斜槽以改善性能.解析分析了转矩的各个分量和引起脉动的主要因素.结果表明,双极性绕组永磁磁链显著增加了电机的转矩密度,且磁链和反电动势波形从本质上都是正弦分布,特别适合于无刷交流运行.所得结果为该种电机的设计、性能分析以及运行控制等提供了重要依据.     

基于有限元法的新型轴向磁场磁通切换型永磁电机齿槽转矩分析

永磁电机中永磁体与有槽电枢铁心之间的相互作用,产生齿槽转矩,引起电机振动和噪声。文章采用全场域三维有限元分析方法,对轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-switching Perma-nent Magnet,简称AFFSPM)电机的齿槽转矩进行了仿真计算,研究了影响AFFSPM电机齿槽转矩的因素,给出了削弱齿槽转矩的有效方法,为电机的最优设计提供了重要的理论依据。     

磁通切换型永磁电机转矩脉动抑制

磁通切换型永磁电机（简称磁通切换电机）是定子励磁型电机的一种,由于它在定子和转子上都开槽,因此,加载运行时尤其在低速时具有较大的转矩脉动和振动噪声。在这类电机中,由于交直轴电感几乎相等,因此其磁阻转矩平均值几乎为零,但是,会引起一定的转矩脉动。该文运用冻结磁导率方法,研究了磁通切换电机的磁阻转矩及其引起的转矩脉动产生机理;同时,该文也研究了磁阻转矩随电枢电流和定子绕组结构的变化规律。研究结果显示:在采用id=0控制时,磁阻转矩对输出转矩没有贡献,其平均值几乎为零,只会导致转矩脉动。此外,该文也分析了定、转子分别削角对磁阻转矩的影响规律。研究结果显示,采用转子直角削角和定子圆角削角相结合的方式可以使转矩脉动由25.3%降低到5.3%。     

端部效应对新型定子永磁型双凸极电机反电势的影响研究

研究了端部效应对两种新型定子永磁型双凸极电机(分别是磁通切换永磁电机和双凸极永磁电机)反电势波形的影响。这两种电机都为双凸极结构，并将磁钢嵌在定子上，采用集中绕组以减小端部长度。首先介绍了电机的基本结构和运行原理，在此基础上分析了基于传统二维有限元的电磁性能，并与采用一步三维有限元计算的结果做比较，发现了端部效应的存在和对电机性能尤其是反电势的影响。提出了一种简单快速的方法来量化端部效应，即通过定义一个端部漏磁系数修正二维计算结果以接近电机的实测结果。该方法取代了过去繁琐耗时的纯三维计算，具有相当高的精度且容易实现。样机的实验结果证明了其正行性，为研究永磁电机中存在的端部效应提供了一种切实可行的方法。     

考虑定位力矩补偿的磁通切换永磁电机模型预测转矩控制方法

为了减小定位力矩对磁通切换永磁(FSPM)电机性能的影响,提出了一种考虑定位力矩补偿功能的模型预测转矩控制(MPTC)方法。通过有限元分析获得FSPM电机定位力矩主要谐波的数学表达式,根据补偿控制理论,构建能够抵消定位力矩的补偿转矩模型。基于MPTC原理,利用补偿转矩模型、预测转矩模型和预测磁链模型共同设计价值函数,以获得最优开关状态。所提控制方法不但能实现定位力矩补偿和转矩脉动抑制,还具有较好的动态性能,并且适用于一般的永磁同步电机。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

转子结构对轴向磁场磁通切换永磁电机性能的影响

在介绍轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机结构的基础上,采用解析与仿真相结合对转子齿宽进行优化;基于全场域有限元模型,分析了转子结构参数包括齿宽、齿形和厚度对电机感应电势和定位力矩的影响。结果表明:转子齿宽与转子齿形对电机性能有较大的影响,而转子厚度对电机性能的影响较小。