混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性

提出一种混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机,以一台12/11极电机为例分析电机的结构特点和工作原理。基于三维有限元方法研究该电机静态特性,对空载永磁磁场和气隙磁通密度进行分析,研究永磁磁链、反电动势、定位力矩及绕组电感等电磁特性,分析不同励磁电流下的气隙磁场分布和调磁特性。结果表明:该种电机的磁链和反电动势均为双极性的正弦分布,适于无刷交流运行场合;通过调节励磁电流,线圈匝链磁通变化明显,调磁效果较好。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 k W样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。     

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.     

双三相隔齿绕永磁同步电机容错性能分析

集中绕组中隔齿绕制形式能增大电机的绕组自感,实现绕组间的相互隔离,将该种绕组结构应用在双三相永磁同步电机可设计一种新的永磁同步容错电机。利用Ansoft Maxwell 2D分别为12槽10极和24槽22极双三相隔齿绕永磁同步电机建立仿真模型,针对不同绕组分布形式的电机进行有限元分析。研究两种极槽配合形式下不同接线方式的双三相隔齿绕永磁同步电机在静态磁场和瞬态磁场中的空载磁链波形、空载反电动势波形和绕组电感矩阵等特性,对比分析其电磁性能和容错性能,总结出更适合永磁同步容错电机的结构类型。     

定子永磁式双转子电机电磁性能分析

为了提高双转子电机的转矩密度,实现其应用于混合动力汽车驱动系统的小型轻量化和平稳运行的需求,提出一种三相12/22/12极定子永磁式磁通切换双转子电机结构,其绕组和永磁体均位于外定子和内转子上,外转子上无绕组和永磁体,避免了外转子的冷却问题。对定子永磁式磁通切换双转子电机的拓扑结构及工作原理进行了介绍,采用有限元方法对电机磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、空载反电动势、电感及转矩等电磁性能进行了分析。研究结果表明,提出的定子永磁式磁通切换双转子电机结构具有内外电机磁场耦合小、空载反电动势正弦性好、转矩密度大、转矩脉动小的特点,并通过原理样机实验结果验证了电机设计的有效性。     

新型整距绕组双凸极永磁电机工作原理及特性

提出了一种新型整距绕组双凸极永磁(DSPM)电机,分析了其工作原理,通过有限元方法计算4/6极整距绕组电机的磁场并对电机磁链、反电动势、电感及转矩等特性进行的分析表明,整距绕组DSPM电机具有双极性的磁链,在不改变结构的情况下电机的输出功率与集中绕组DSPM电机相等,可以减少铜导体用量,提高运行效率.在此基础上提出了两种增加整距绕组DSPM电机输出功率的方法,并对改进的三相24/10极整距绕组DSPM电机的反电动势进行了理论分析和实验研究,所得结果不仅证明了本文理论分析的正确性,而且首次揭示了磁通切换型永磁(FSPM)电机本质上就是一种整距绕组双凸极永磁电机,FSPM电机其功率密度高的内在原因并非磁链的双极性,而是多用了永磁材料,增强了气隙磁密.同时也说明了新型整距绕组DSPM电机较传统的集中绕组DSPM电机具有更高的做功能力.     

磁路互补型模块化磁通切换永磁直线电机

新型模块化初级永磁直线电机的永磁体和电枢绕组都置于初级短动子,而次级长定子结构简单,仅由导磁铁心组成,若应用在轨道交通等长定子等场合,可大大降低系统成本。在深入分析现有电机结构特点的基础上,提出一种基于磁通切换原理磁路互补的新结构。结构的互补性使每相绕组的反电势更正弦、电机总的定位力更小。介绍了模块化初级永磁直线电机的结构特点和运行原理,并基于有限元法,研究了其静态特性,具体包括对空载和单相绕组通电时的磁场及气隙磁通密度、绕组永磁磁链、空载反电动势、定位力、绕组电感以及静态推力等,并分析了永磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。理论分析和样机实验结果验证了设计方案的正确性和有效性。     

外转子双凸极永磁电机电枢磁场对绕组电感特性的影响

根据电动汽车对驱动电机性能要求,结合双凸极电机的特点,提出一种外转子结构的双凸极永磁电动机。分别对电机空载、负载以及电枢磁场单独作用3种情况下进行了有限元分析,得出在1个永磁磁链周期内不同转子位置角和不同电枢电流作用下的磁场分布图以及静态参数特性曲线。从场的角度分析和说明了电枢磁场对绕组电感特性的影响,电机的静态参数也为该电机进一步的仿真分析提供了依据。     

双凸极变速永磁电机的静态特性

用二维有限元法对一种新型双凸极变速永磁电机（ＤＳＰＭ 电机） 空载、单绕组通电及双绕组通电的磁场分布和气隙磁密分布进行了较为全面深入的分析计算, 在此基础上得到了绕组永磁磁链、自感、互感以及空载电势随转子位置变化的特性曲线, 分析了永磁体磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。样机的实测结果验证了理论分析的正确性。所得结果为该电机的设计、性能分析以及运行控制等提供了依据     

磁通切换型双凸极永磁同步电机研究与分析

磁通切换型双凸极永磁同步电机具有结构简单、输出转矩大、转矩密度高以及磁链、反电势正弦等优点,能够有效拓宽电机调速范围,适用于新型混合动力汽车和新能源发电等领域。在深入分析磁通切换型永磁同步电机磁通切换工作原理基础上,采用有限元设计了一台12槽/10极磁通切换型双凸极电机,计算了其电动状态下气隙磁场、永磁磁链和反电动势等静态特性,研究了其不平衡磁拉力。在此基础上,对所设计电机转矩性能进行了分析和优化,定量研究了影响其齿槽转矩的主要因素。最后通过一台2 k W样机对其转矩特性进行了实验验证,实验结果与Ansoft有限元仿真结果一致,验证了上述方法的正确性。     

用于弱磁扩速运行的三相6/5极永磁开关磁链电机的分析与优化设计

介绍了三相6/5极永磁开关磁链电机的结构特点和运行原理,并在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感在电机弱磁扩速中的作用,通过有限元分析研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响。结果表明,该电机的磁链和反电势波形接近正弦,适用于永磁无刷交流电动机的控制方式;电机可通过定转子齿宽搭配来设计相对较大的直轴电感。在上述分析的基础上,对一台电机进行了优化设计,制作了样机,并进行了实验验证。     

电动汽车用高功永磁同步电机设计与特性分析

针对传统内置式永磁同步电动机(PMSM)反电动势谐波含量高,转矩脉动大等缺点,提出一种高功率密度电动汽车用不等气隙永磁同步电机(UG-PMSM),通过气隙的不均匀特性,改善空载反电动势正弦特性.建立了UG-PMSM电机功率尺寸方程,利用二维有限元分析法,分析了空载永磁磁链、空载感应电动势、输出转矩、转矩脉动、齿槽转矩等静态特性,计算了UG-PMSM电感特性,在此基础上,研究了UG-PMSM过载能力与弱磁扩速范围.仿真分析结果验证了UG-PMSM高功率密度、高转矩密度、低转矩脉动等优点,适合应用于电动汽车驱动系统中.     

基于死区补偿的磁通切换永磁电机定子磁场定向控制

磁通切换永磁电机具有功率密度高、效率高、反电动势正弦的优点,在推导其数学模型的基础上,采用电压空间矢量调制方法,对该电机的定子磁场定向控制策略进行了分析与研究。另外,由于空间矢量调制的死区效应严重影响电机输出电流的质量,进而影响到电机的转速与转矩输出特性,采用预测电流控制方法对死区进行补偿。通过半实物仿真平台dSPACE实现了定子磁场定向控制算法,并在一台2kW磁通切换永磁电机驱动系统上验证了所提控制方法的有效性。该控制算法对其他定子永磁型电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。     

带铜皮套的U型单相永磁同步电动机参数计算

U型单相永磁同步电动机结构简单，为了利于电机的起动，在转子永磁体外侧加一个铜皮套筒。文中利用二维有限元法对电机的磁场分布和气隙磁密分布进行了计算，在此基础上得到了绕组永磁磁链、自感、互感以及感应电动势随转子位置变化的关系曲线，建立了dq坐标下的数学模型和等效电路，为单相永磁同步电机的设计和优化奠定了基础并提供了依据。     

Multiphase Flux-Switching Permanent-Magnet Brushless Machine for Aerospace Application

Flux-switching permanent-magnet (FSPM) brushless machines have attracted considerable interest as a candidate machine technology for applications requiring high torque density and robust rotors. To date, published findings have focused exclusively on single- and three-phase FSPM machines. This paper investigates FSPM brushless machines of higher phase numbers by means of a detailed comparison of the electromagnetic performances of three-, four-, five-, and six-phase variants within the specific context of aerospace machine. Machines having both all poles and alternate poles wound are investigated, with the latter offering scope to reduce mutual coupling between phases so as to achieve improved fault tolerance. The finite-element (FE)-predicted electromagnetic performances in both machines, such as electromotive force waveform, winding inductance, cogging torque, and static torque, are validated by the experiments made on a small-scale five-phase FSPM machine. The nature of the machine specification requires that consideration must be given to mechanical stress in the rotor and the tradeoff with electromagnetic design considerations, notably the degree of rotor saliency which can be incorporated. Therefore, a mechanical FE study of the rotor mechanical stresses of multiphase FSPM machines is also comparatively assessed.      

双转子径向永磁电机的设计与有限元分析

介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理及特性,采用解析法分析了其电感参数的计算,并给出了设计依据,最后利用有限元法对所设计的电机进行了静态磁场的分析和电感计算值的验证。结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,而电感计算则可看作串联,电感的解析值与有限元计算值吻合得较好,证明了电机分析和设计的可行性。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

Dual-stator Interior Permanent Magnet Vernier Machine Having Torque Density and Power Factor Improvement

—An improved topology for a low-speed permanent magnet vernier machine, called a dual-stator interior permanent magnet vernier machine, is introduced to significantly increase torque density and power factor. A dual-stator is adopted in the design for more torque and improving space utilization. An interior spoke-type magnet array in the rotor is designed for magnet flux focusing, which can effectively increase useful flux and force flux lines to pass through the entire machine during operation as opposed to two separate torque components as in a normal dual-stator permanent magnet machine. To clearly place the advantages of the proposed topology in perspective, the proposed dual-stator interior permanent magnet vernier machine is compared to a well-known dual-stator surface-mounted permanent magnet vernier machine. This article discusses the operation principle and magnetic field analysis of the proposed machine and reports comparison simulation results taken from the finite-element method. In addition, the stator tooth is optimized for further better performance on torque density and power factor.