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.     

无轴承永磁同步电机磁链耦合分析及数学建模

对无轴承永磁同步电机气隙内转矩绕组磁场与悬浮力绕组磁场之间耦合状态的分析,是建立其精确数学模型的基础。本文通过应用机械/电气坐标系变换方法详细分析了不同极对数下转矩绕组与悬浮力绕组之间的磁链交链情况,并证明了当转矩绕组极对数PM=1,悬浮力绕组极对数pB=2(或pM=2,pB=1)时转矩绕组磁链ψM与悬浮力绕组磁链ψB之间相互耦合。当转矩绕组与悬浮力绕组极对数分别为pM=2,pB=3时,转矩绕组磁链ψM与悬浮力绕组磁链ψB之间没有相互交链,该证明方法概念清晰、简单直观、便于理解。同时基于该证明结论建立了当转矩绕组极对数pM=2、悬浮力绕组极对数pB=3时无轴承永磁同步电机的数学模型。该数学模型为无轴承永磁同步电机控制系统的设计、仿真实验的研究提供了理论基础,仿真结果表明本文提出的数学模型具有较高的可行性。     

无轴承永磁同步电机参数优化设计

无轴承永磁同步电机径向悬浮力与永磁体厚度和气隙长度有关,研究径向悬浮力与这些参数之间的关系对电机优化设计具有重要意义。该文在介绍径向悬浮力产生机理的基础上,针对转矩绕组极对数PM=1,悬浮力绕组极对数PB=2的样机,从理论上分析了径向悬浮力与永磁体厚度和气隙长度之间的关系,并采用有限元方法(FEM)对此关系进行了验证。研究结果对于电机的优化设计具有参考价值。     

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。     

无轴承永磁同步电动机的独立控制研究

传统无轴承永磁同步电机的控制方案由于悬浮绕组的控制必须获得转矩绕组传递的气隙磁场幅值和相位信息，使得转矩绕组和悬浮绕组的控制策略受到相互制约。文中采用传统的电压-电流模型方法辨识出所需的转矩绕组气隙磁链，使电机的电磁转矩和悬浮力控制实现独立控制，从而极大的提高了无轴承永磁同步电动机在超高速领域的实用性。实验结果表明该独立控制方法能较好地满足电机径向悬浮的稳、动态性能要求。     

基于涡流损耗分析的永磁型无轴承电机优化

针对永磁型无轴承电机在高速运行时,转子涡流损耗导致永磁体发热严重,导致永磁体存在不可逆退磁的难题。在分析永磁型无轴承电机转矩和径向力产生机理的基础上,研究了径向力、转矩绕组磁场和悬浮绕组磁场的相对运动关系,给出了永磁型无轴承电机单一方向稳定可控径向力的产生条件,采用2D耦合电路瞬态有限元法,计算了转子空载涡流损耗,比较了永磁型无轴承电机极对数为PB=PM+1和PB=PM-1时的转子涡流损耗。研究结果表明,永磁型无轴承电机转子涡流损耗主要是由悬浮绕组磁场产生,采用PB=PM+1结构时,转子涡流损耗最小,PM=1,PB=2结构最适合高速运行。     

无轴承永磁同步电动机永磁体参数优化设计

介绍了无轴承永磁同步电动机径向悬浮力产生原理。通过对比各种永磁体材料的性能和不同转子磁路结构特点,确定采用钕铁硼稀土永磁体,选择转子表面凸装式结构;从理论上分析了径向悬浮力与永磁体厚度、径向悬浮力绕组电流之间的关系;采用有限元方法,在考虑磁路饱和及非线性情况下,对实验样机径向悬浮力进行了计算和分析。研究结果对无轴承永磁同步电动机如何获得最大径向悬浮力以及电动机的优化设计具有参考价值。     

多相单绕组永磁无轴承电机的设计与运行分析

针对单绕组永磁无轴承电机设计的特殊性,分析了转子结构、极弧系数、气隙长度和永磁体厚度对转矩特性和悬浮特性的影响,并将这些影响用定子电感的变化来量化.通过对可控悬浮力与悬浮电流的电磁场计算,分析了不同参数变化对可控悬浮力的影响.继而根据推导出的可控悬浮力解析模型建立了单绕组永磁无轴承电机的控制系统.仿真结果表明,该单绕组...     

无轴承永磁薄片电机不同转子结构的对比研究

转子结构影响电机的气隙磁通密度,从而影响无轴承永磁薄片电机可控性、转矩脉动以及径向悬浮力等性能。本文从无轴承永磁薄片电机不同的永磁转子结构(表贴式、表面嵌入式、Halbach阵列以及平行充磁环形转子)出发,对其机械强度、磁场分布等进行对比分析。基于麦克斯韦张量法提出了无轴承永磁薄片电机在任意极对数下的数学模型,运用Ansoft对其计算精度进行验证分析,并对具有不同永磁转子结构的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力与悬浮力绕组电流之间的关系进行对比分析,得到不同永磁转子结构的优缺点。样机试验验证了仿真结果的正确性,研究结果对无轴承永磁薄片电机转子的参数优化设计具有参考价值。     

Analysis and characteristics of a permanent magnet-type bearingless motor

Super-high-speed and high-power electric machines are required for turbomolecular pumps and spindle drives. High rotational speed and high-power drives can be achieved with bearingless motors. In this paper, a bearingless motor with principles of permanent magnet-type synchronous motors is proposed. High-power factor and high efficiency can be expected in permanent magnet-type bearingless motors. The proposed bearingless motor is a 4-pole permanent magnet synchronous motor, in which additional 2-pole windings are wound together with 4-pole motor windings in stator slots. With currents of 2-pole windings, radial magnetic forces are produced to support a rotor shaft. Principles of radial force production of surface-mounted permanent magnet bearingless motors are analyzed mathematically. The relationships between radial forces and the permanent magnet thickness were derived. From these relationships, the optimal permanent magnet thickness to produce radial forces efficiently is found. A test machine was built to confirm the relationships of radial forces, currents and voltages.     

Characteristics of a permanent magnet type bearingless motor

Super high-speed and high-power electric machines are required for turbomolecular pumps and spindle drives. High rotational speed and high power drives can be achieved with bearingless motors. In this paper, a bearingless motor with the principles of permanent magnet type synchronous motors is proposed. High power factor and high efficiency can be expected in permanent magnet type bearingless motors. The proposed bearingless motor is a 4 pole permanent magnet synchronous motor, in which additional 2-pole windings are wound together with 4-pole motor windings in stator slots. With currents of 2-pole windings, radial magnetic forces are produced to support a rotor shaft. Principles of radial force production of surface-mounted permanent magnet bearingless motors are analyzed mathematically. It was found that radial forces are efficiently produced by employing thin permanent magnets on the surface of rotor iron core. A test machine was built in order to measure inductance functions as well as relationships between voltages and currents     

Analysis of inductance characteristics for a bearingless permanent magnet synchronous motor

In this paper, the inductance characteristics of a 2-pole surface-mounted bearingless permanent magnet synchronous motor (BPMSM) with 4-pole suspension force windings are investigated based on theoretical analysis and experimental investigation. Firstly, the winding configuration and operation principle of the BPMSM are presented. Secondly, the static and incremental inductances are defined. Then, based on the finite element (FE) analysis method, the static inductances of torque windings and suspension force windings in stator static coordinate reference are researched. In addition, the d- and q-axes static inductances in rotor revolving coordinate reference are obtained by 3/2 Transformation. Furthermore, taking the torque windings as an example, the incremental inductance of torque windings is studied, and the validity of the theory is confirmed by comparing the static and incremental inductances. Finally, the experimental study is carried out to verify the discussed numerical analysis. The results are helpful to measure parameters and build the mathematic model of BPMSMs, and lay a foundation for the further research on BPMSMs.     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

基于a阶逆系统五自由度无轴承永磁电机解耦控制

文中应用多变量非线性控制a 阶逆系统方法，对新型五自由度无轴承永磁同步电机这一多变量、非线性、强耦合的控制对象进行动态解耦控制研究。介绍了新型五自由度无轴承永磁同步电机结构，阐述了a 阶逆系统方法，分析了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承永磁同步电机径向力产生机理，给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承永磁同步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，分析了基于a 阶逆系统方法解耦控制的可行性，推导出基于a 阶逆系统方法的动态解耦控制算法，并进行了仿真研究。仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承永磁同步电机转矩力和悬浮力之间的动态解耦控制，系统具有良好的动、静态性能。     

无轴承永磁同步电机增磁调压转速控制策略

无轴承永磁同步电机控制系统存在由多因素引起的转矩脉动,且空载或轻载运行时电流跟踪性能差。基于旋转编码器,给出转子位置角可靠检测方法及转速优化计算公式。通过分析永磁同步电机数学模型,同时考虑无轴承电机负载效应,提出增磁控制与电压调节相结合对电机转速进行控制的策略,并给出其优化实现方法。实验结果表明,采用该控制策略,无轴承永磁同步电机的电机绕组电流脉动程度得到减弱,转速稳定性好、控制精度高,同时可改善其悬浮性能,是一种简捷、有效的无轴承永磁同步电机转速控制策略。     

带阻尼线圈的无轴承永磁同步电机控制研究

分析了无轴承永磁同步电机(BPMSM)的悬浮原理,在转子中加入了一组阻尼线圈,建立了带有阻尼线圈BPMSM径向悬浮力的精确数学模型。通过对加入阻尼线圈前后的数学模型进行计算、对比、分析,证明了阻尼线圈对转子稳定性的增强。采用转子磁场定向控制策略设计并构建了BPMSM的控制系统,对转子的位移等参数进行仿真。结果表明加入阻尼线圈后,有效提高了电机的稳定悬浮性能及系统的鲁棒性。