近极槽永磁电机绕组配置和不等齿宽的研究

研究了绕组配置和定子齿宽对近极槽永磁电机的性能影响。比较了近极槽永磁电机隔齿绕组和全齿绕组的性能特点,设计了6种不等定子齿宽方案,对6种方案电机的输出转矩、齿槽转矩和脉动转矩等特性进行了比较分析。结果表明:隔齿绕组永磁电机采用合适的不等定子齿宽结构可提高电机的转矩密度。     

无轴承绕线型异步电机瞬态响应的有限元分析及实验研究

无轴承电机集磁性悬浮与转矩驱动于一体,具有无摩擦、无磨损、无损耗、免维修、寿命长等独特优点,从根本上改变了传统的支承与传动形式.该文介绍一种无轴承绕线型异步电机,通过瞬态有限元分析法(TFEM)计算其径向力和转矩的瞬态响应,结果表明该无轴承电机可以同时产生支承转子重量的稳定径向力与恒定转矩,且其控制电流相互独立,与鼠笼型转子无轴承异步电机相比,前者能够产生更有效的径向力,且转矩不受径向力绕组电流干扰;并在基于SVM-DTC的磁悬浮异步电机悬浮子系统独立控制实验平台上加以测试,结果表明该系统能够实现了无轴承绕线型异步电动稳定悬浮.     

基于退磁限制的无轴承永磁同步电机性能参数分析

无轴承永磁同步电机磁场中不仅存在转矩绕组电流产生的磁通,而且存在径向悬浮力绕组电流产生的磁通,这两种磁场会导致永磁体退磁。设计永磁体参数需考虑产生最为有效径向悬浮力、电磁转矩和避免永磁体退磁三者之间的关系。论文分析了转矩绕组电流产生的磁通和径向力绕组电流产生的磁通共同作用下,转子表面永磁体容易引起退磁的关键区域;在电机气隙不变情况下,分析得出了保证产生最为有效的径向力时最佳永磁体厚度;基于永磁体退磁限制,采用有限元分析计算,针对论文中设计的永磁体厚度及气隙长度,得出了无轴承永磁同步电机最大转矩电流、径向悬浮力电流和产生的最大径向悬浮力。     

无轴承永磁同步电机有限元分析

无轴承永磁电机径向悬浮力与电机绕组结构、永磁体厚度及悬浮力绕组中电流等存在着复杂关系，研究这些关系对电机优化设计具有重要参考价值。该文在介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上，推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法，讨论了无轴承永磁同步电机在定子绕组相应等效电流作用下，改变径向悬浮力绕组中的电流，电机气隙磁路分布状况；在电机气隙不变，改变永磁体厚度，计算和分析了径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系；在电机转矩绕组极对数pM=2不变的情况下，对径向悬浮力绕组采用一对极pB=1和三对极pB=2方式绕制，计算和比较产生的径向悬浮力和麦克斯韦力大小。对pM=2，pB=3的实验样机，在静态悬浮状态下，测试了径向悬浮力和径向悬浮力绕组电流之间的关系，实验结论验证了ANSYS软件计算结果的正确性。     

一种无轴承开关磁阻电机悬浮性能分析

提出了一种新型结构无轴承开关磁阻电机,其结构简化,运行过程中不需要切换控制绕组,降低了控制系统的复杂性。分析了该电机的结构特点和悬浮原理,并基于有限元计算法对新型结构电机和常规结构电机进行了比较,包括:1)两种电机在旋转过程中转子径向气隙磁密分布、径向力产生情况以及产生悬浮力的同时对静态输出转矩的影响;2)比较了控制绕组通电电流变化时产生径向力情况及对静态旋转转矩的影响。性能分析及比较结果表明,新型结构无轴承开关磁阻电机具有优良的悬浮与旋转性能,研究结果为该电机的进一步建模及运行控制建立了基础。     

单绕组无轴承开关磁阻电机转子偏心时悬浮力的分析与计算

无轴承类电机转子的偏心运行是不可避免的,由有限元分析可知转子偏心对其径向受力影响较大,忽略转子偏心时的径向受力分析将很难实现转子的稳定悬浮运行。而目前有关无轴承类电机的径向力计算都没有考虑转子偏移量的影响,只是计算转子在中心位置时的受力情况。鉴于此,针对具有结构简单优势的单绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM),本文提出了考虑转子偏移量的径向力数学模型,给出了绕组电流、电机结构参数、转子偏移量、转子旋转位置与径向力之间的数学关系。同时考虑到转子偏心对电磁转矩的影响较小,推导了忽略偏心影响的电磁转矩解析式。与有限元分析对比结果验证了本文径向力与转矩数学模型的正确性。最后,基于推导所得的数学模型对单绕组BSRM径向力与转矩控制进行了初步的动态仿真研究,进一步验证了数学模型的准确性与实用性。     

无轴承交替极永磁电机悬浮绕组及其特性研究

为研究悬浮绕组结构及其磁势空间谐波对无轴承交替极永磁电机悬浮特性的影响,在计及悬浮磁势空间谐波条件下,推导了电机悬浮力表达式。同时,定义径向力/电流刚度、径向力脉动率和径向自由度最大耦合率等3个参数量化分析径向力特性。在此基础上,在相同定转子结构下,研究了集中式、分布式、环形式以及带辅助线圈的集中式等4种悬浮绕组结构,并对各悬浮绕组磁势空间谐波及其影响进行分析。从降低悬浮磁势空间谐波和提高悬浮性能角度出发,提出一种带辅助线圈的集中式绕组以及悬浮磁势总谐波畸变最小的辅助线圈绕组系数优化方法。通过有限元分析,定量研究4种悬浮绕组结构下的悬浮特性,从而量化悬浮磁势空间谐波含量与悬浮特性的关系,为无轴承交替极永磁电机悬浮系统设计提供指导。     

基于径向力反馈的无轴承异步主轴电机悬浮控制

针对传统无轴承异步电机径向悬浮力控制受转矩绕组磁场定向准确性影响、系统控制延迟导致相位裕度降低等问题,提出一种基于径向力反馈的无轴承异步主轴电机悬浮控制方法.通过探测线圈法检测两套绕组的气隙磁链分量,依此计算出两套绕组产生的径向悬浮力大小,并将其作为反馈信号引入到悬浮闭环控制系统中,从而有效消除由系统控制延迟导致的相位裕度降低的影响.仿真和实验结果验证了所提出控制方法的有效性.实验结果表明,相比常规悬浮控制系统,基于径向力反馈的无轴承异步主轴电机悬浮控制系统具有更好的响应性能、阻尼特性及鲁棒性.     

无轴承薄片转子永磁电动机有限元分析

无轴承薄片转子永磁电动机在特殊的液体传输领域具有广泛的应用前景.本文首先介绍了电动机的工作原理,推导了电机的径向悬浮力数学模型;然后用有限元Ansys软件,分析了电机转矩绕组和径向悬浮力绕组分别产生的磁场以及合成磁场的分布情况,来验证径向悬浮力产生的原理.最后分析计算了电机在转矩绕组电流不变时径向悬浮力和径向悬浮力绕组中电流的关系;并分析了在气隙不变时径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系,以及在永磁体厚度不变的条件下,径向悬浮力和气隙大小之间的关系.研究结果对无轴承永磁薄片转子电机的优化设计具有参考价值.     

双三相永磁同步电机电磁性能解析计算

采用傅里叶级数法计算表贴式双三相永磁同步电机的电磁性能。解析模型建立在二维极坐标下,求解区域划分为槽、槽开口、气隙和永磁体四类子域。以矢量磁位为求解变量,在槽开口和气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法求解偏微分方程,并利用各子域之间的边界条件得到谐波系数。解析模型考虑了径向/平行/Halbach等多种充磁方式,内/外永磁转子结构,适用于隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可用于计算电机空载磁场、电枢反应磁场和负载磁场。在解析模型的基础上,求解了齿槽转矩以及两种分数槽集中绕组连接方式下的空载反电动势和电磁转矩。与有限元结果相比较,表明了解析方法的准确性。     

无轴承永磁薄片电机的新型单绕组结构及其精确控制

针对双绕组无轴承永磁薄片电机绕组间绝缘要求高、槽满率低、电机漏磁大等缺点,提出了一种新型单绕组无轴承永磁薄片电机(M-BPMSM)结构,在每相绕组端部通入转矩电流,同时在绕组中点处注入悬浮力电流,实现薄片转子的旋转和悬浮。阐述了M-BPMSM的悬浮力产生原理,推导了其径向悬浮力的精确数学模型。在该模型的基础上建立了一种悬浮力双闭环补偿控制策略,当电机负载变化导致悬浮力幅值和方向改变时,使用该策略可以对径向悬浮力进行补偿,实现悬浮力的精确控制。利用MATLAB软件构建了仿真系统,仿真结果表明:采用悬浮力双闭环补偿控制策略对M-BPMSM进行控制,径向悬浮力具有较高的控制精度和较快的响应速度,且具有良好的动、静态性能。     

新型定子永磁型无轴承电机电磁特性分析

本文提出了一种将悬浮绕组、电枢绕组、永磁体都置于定子,转子上既无绕组又无永磁体的新型定子永磁型无轴承电机(SPMBM)。本文分析了三相12/8 SPMBM的拓扑结构和悬浮工作原理,基于Ansoft有限元分析软件建立了电机模型,详细分析了磁场分布,气隙磁密,径向悬浮力和电磁转矩等电磁特性。计算了径向悬浮力和悬浮电流及转子位置之间的关系,仿真结果表明SPMBM有良好的悬浮和旋转特性,该结果为进一步电机结构优化和控制奠定了理论基础。     

全周期无轴承开关磁阻发电机的设计

分析全周期发电模式下无轴承开关磁阻发电机(bearingless switched reluctance generator,BSRG)的悬浮机理和发电原理,利用等效磁路法推导全周期BSRG的一相磁场储能表达式.考虑到全周期BSRG的控制方式和主、悬浮绕组的电流波形,将两套绕组电流等效为方波;再根据机电能量转换原理,积分得到了利用方波电流峰值表示的平均转矩和平均悬浮力表达式.结合输出功率与平均转矩的关系,推导出了全周期BSRG的主体尺寸计算公式.利用平均悬浮力设计样机最大径向负载要求,并通过绕组峰值电流与气隙磁密的关系计算绕组的匝数.最后,基于所提方法设计了一台实验样机,并通过有限元仿真验证了所提方法的正确性.     

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析EI北大核心CSCD

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。     

无轴承永磁同步电机悬浮力的有限元分析

本文介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理,推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法,对设计的一台4极转矩绕组2极悬浮绕组的无轴承永磁同步电机的内部磁场和径向悬浮力进行分析。讨论了转子未偏心和偏心时悬浮电流变化对悬浮力的影响。通过悬浮力模型与有限元分析的悬浮力计算比较,验证了悬浮力解析模型中对偏心、悬浮绕组电流等因素的影响规律描述的正确性。为无轴承永磁同步电机的电磁设计和优化以及悬浮力控制策略的提出提供依据。     

用于飞轮储能的单绕组磁悬浮飞轮电机径向力补偿方法

将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,每套绕组独立控制,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适用于飞轮储能的单绕组磁悬浮飞轮电机。精确的数学模型是稳定控制电机的基础,针对麦克斯韦应力法对积分路线的选取较为敏感的问题,运用有限元分析其电磁特性,引入径向力修正系数,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机径向力较精确的数学模型。为保证单绕组磁悬浮飞轮电机能在绕组发生故障时正常悬浮,考虑径向力系数随角度的变化的趋势以及不同齿极下径向力系数的差异,提出无β方向约束径向力补偿和有β方向约束径向力补偿方法。结果表明所提出的补偿方法具有可行性和较高的精确性。     

双凸定子极无轴承开关磁阻电机数学模型

双凸定子极无轴承开关磁阻电机可实现悬浮力和转矩的解耦,控制简单,具有应用优势。但该结构电机在悬浮绕组与转矩绕组同时导通时,非导通相齿极中存在较大的磁通,该磁通不可忽略,磁通分布较为复杂,给数学模型的建立带来了困难。根据电机的磁通分布建立了等效磁路图,依据虚位移法推导了悬浮力数学表达式。同时根据电机转矩与悬浮力之间的解耦特性,给出了电机转矩公式。为了验证所提数学模型的合理性,进行了有限元仿真验证,结果表明数学模型与仿真值具有较好的一致性。     

Halbach阵列无轴承永磁电机有限元分析

针对气隙磁密对无轴承永磁电机可靠性、转矩脉动及径向悬浮力的影响,提出了Halbach阵列永磁转子结构。从无轴承永磁电机的转子结构出发,对常规面贴式永磁转子和Halbach阵列永磁转子进行了比较分析,并用Ansoft进行了有限元分析,得出了两种不同转子结构的磁力线分布图及气隙磁密波形,分别对两种转子结构的无轴承永磁电机的径向悬浮力与悬浮力绕组电流的关系进行了对比。分析结果表明:Halbach阵列应用在无轴承永磁电机中能显著提高气隙磁密及其正弦特性,增大径向悬浮力。Halbach阵列应用于无轴承永磁电机具有可行性和可靠性。     

新型磁悬浮开关磁阻电机的有限元分析

为了解决传统的磁悬浮开关磁阻电机定子同一齿极上的转矩绕组与悬浮力绕组的强耦合的问题,本文提出一种采用了混合定子极的新型8/10极磁悬浮开关磁阻电机模型。混合定子中都只有一套绕组,其中四极产生转子所需转矩,另外四极产生转子回到平衡位置的径向力。本文利用Ansoft软件建立电机模型,进行了静态转矩特性仿真、电磁径向力数值计算和动态仿真研究。仿真结果为此新型电机的优化设计和进一步研究提供了理论依据。     

无轴承同步磁阻电机的悬浮系统控制策略

传统无轴承同步磁阻电机悬浮系统控制方案的前提都是获取转矩绕组和悬浮绕组的电流,没有考虑转矩绕组气隙磁链影响,影响悬浮系统控制精度。重新建立了基于转矩绕组磁链的无轴承同步磁阻电机悬浮力方程,采用电压-电流模型法观测转矩绕组气隙磁链,设计了新型滤波环节,实现了基于转矩绕组磁链观测的无轴承同步磁阻电机悬浮系统独立控制。对样机控制系统进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果表明该控制方法使悬浮系统具有良好的动、静态性能。