新型多齿开关磁链永磁记忆电机分段线性磁滞模型研究

为了研究多齿开关磁链永磁记忆电机在线调磁特性,提出一种可快速计算该电机磁链及空载反电动势的分段线性磁滞模型。根据该多齿开关磁链永磁记忆电机的磁路模型及工作原理,通过在多齿开关磁链永磁电机定子中放置具有高剩磁、低矫顽力(low coercive force,LCF)的永磁体,在线改变励磁绕组中脉冲电流的大小和方向改变LCF永磁体的磁化状态,从而实现永磁磁链的在线调节。使用所提出的分段线性磁滞模型,分析多齿开关磁链永磁电机在线调磁特性过程中,比较了使用不同分段次数(四段、五段、六段和无穷段)的磁滞模型下LCF永磁体工作点的计算精度。最后,通过有限元分析和实验表明:使用所提出的分段线性磁滞模型可以快速准确地得到多齿开关磁链永磁记忆电机的调磁特性。     

一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析

设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。     

新型双定子双凸极可变磁通记忆电机设计与性能比较

结合双凸极结构、双定子和混合永磁体的特点,提出了三种新型双定子双凸极可变磁通记忆电机(DS-DSVFMM)。通过采用高矫顽力和低矫顽力两组永磁体,实现了电机的高转矩密度和在线调磁功能。为了充分利用电机的内部空间,高矫顽力和低矫顽力永磁体以及调磁绕组都被放置在内定子中。建立该电机的简化等效磁路模型,并分析其磁通调节原理和特性;对三种不同结构DS-DSVFMM的调磁能力、负载转矩和抗退磁性能进行了研究和比较。对T形DS-DSVFMM进行加工和测试,并通过实验验证了该电机结构及其有限元分析的正确性。     

混合永磁记忆电机特性分析和实验研究

提出一种混合永磁可变磁通记忆电机,研究了永磁体不同磁化状态下的静态特性。基于有限元法,对施加不同去磁电流时的电机磁场分布进行了分析,并观察永磁体内的磁密变化,计算了不同永磁磁化状态下的气隙磁密、永磁磁链、反电动势及每极气隙磁通等电机主要参数。制作一台样机,并进行实验研究,实验结果与有限元计算结果吻合较好。研究表明,永磁体的充磁比去磁要困难,当磁化电流为2倍的定子额定电流时,能将磁体去磁90％,而仅能充磁到饱和时的30％：与基本结构记忆电机相比,该混合永磁记忆电机具有更高的气隙磁密。该类电机在宽调速驱动系统中具有应用前景。     

E型多齿开关磁链永磁记忆电机电磁性能分析

记忆电机是一种通过改变低矫顽力永磁体磁化状态进行调磁的新型永磁电机。针对传统C型多齿开关磁链永磁记忆电机在恒转矩区转矩性能低的问题,提出并设计了一种采用E型铁心的新型多齿开关磁链永磁记忆电机。基于有限元法建立了电机模型,分析了其电磁性能,包括磁链、反电动势、直交轴电感与转矩等。与传统C型多齿开关磁链永磁记忆电机对比,E型多齿开关磁链永磁记忆电机最大转矩提高了7.7%。结果表明,提出的电机结构具有更大的电磁转矩。     

永磁同步电机永磁体状况在线监测

提出一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流和永磁体磁链为状态变量，构建估算转子永磁体磁链幅值和方向的卡尔曼滤波器。该方法能准确跟踪永磁体真实状况，对电机参数不敏感，鲁棒性强。基于动态估算的电机永磁体磁链，可为永磁同步电机控制系统实时提供准确的转子磁链信息，提高系统控制性能和效率。同时，基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度，提高系统可靠性。实验结果验证了方法的正确性和有效性。     

钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

可变磁通永磁记忆电机调磁特性

建立了可变磁通永磁记忆电机永磁体连续去磁和重新充磁的磁化模型,给出了去磁时的回复线方程和充磁时的局部磁滞回线方程,采用有限元法对电机施加不同定子直轴电流时的磁通分布和永磁体内的磁通密度变化进行了分析,据此计算了电机永磁体在不同磁化状态时的气隙磁通密度、相磁链、相反电动势、每极气隙磁通等参数。文中给出了记忆电机连续去磁与充磁的有限元分析流程。设计制作了一台样机进行了实验验证,实验结果与有限元计算结果吻合较好。有限元计算与实验结果同时表明,记忆电机能实现连续近似线性去磁,但增磁特性呈非线性;永磁体的充磁比去磁困难,饱和充磁电流大约是完全去磁电流的4倍。     

串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机设计与调磁特性分析

提出一种新型串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机,对其进行设计,研究了其调磁特性。通过在高矫顽力永磁基础上串联磁化水平易于调节的低矫顽力永磁,不仅可维持较高的气隙磁场,也可改变磁场的大小。基于三维有限元分析,研究了混合永磁比例对电机性能的影响,对比了不同磁化水平下永磁体磁场分布及电机的电磁特性。制造样机,进行试验研究,测试结果验证了仿真计算的正确性。通过脉冲电流改变永磁磁化水平,可连续平滑调节和控制该电机磁场,调磁损耗小,有效解决了磁通切换电机气隙磁场难以调节的问题,适用于电动车辆等需要宽调速高效率驱动的应用场合。     

电动汽车用永磁电机的失磁空间分布特性及影响因素

电动汽车用永磁电机普遍使用的高性能钕铁硼永磁材料在高温、强磁场等条件作用下易发生的不可逆失磁故障已成为该类电机高可靠性设计的主要瓶颈。针对电动汽车用永磁电机的失磁问题,该文利用永磁体虚拟分块方法,建立基于永磁体磁特性参数、工作温度、空间位置等变量的永磁体失磁分析模型;利用电磁场和温度场双向耦合的三维多物理场计算方法,研究了永磁电机失磁的空间分布特性及其影响因素。结果表明,永磁电机失磁空间分布存在明显的不均匀性。永磁体失磁分布规律受其工作温度、退磁电流幅值与角度等因素影响。最后,通过一台115 kW的永磁驱动电机样机在永磁体工作温度、转子表磁磁场分布、电机性能方面的测试,验证了该文所提分析方法和结论的准确性。     

一种外转子可变磁通永磁记忆电机设计与弱磁性能分析

设计了一种外转子可变磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了电机模型,给出了永磁材料磁化特性和电机工作模型。采用有限元分析方法,对电机的弱磁性能进行探究,给出了电机施加不同直轴去磁电流时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线和磁通密度分布曲线。仿真结果表明,该电机具有良好的弱磁性能,其调磁过程主要通过改变铝镍钴永磁体的磁化水平实现。     

可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与性能分析

以3层磁障转子的永磁辅助同步磁阻电机为例,提出一种铁氧体与铝镍钴混合永磁的可变磁通永磁辅助同步磁阻电机转子设计方法,使永磁辅助同步磁阻电机具备记忆电机弱磁区转矩高、损耗小和调速范围宽的优点。首先给出可变磁通永磁辅助同步磁阻电机的调磁方法;然后从永磁体工作点设计的角度分析电机调磁电流和过载能力对电机性能的影响;接着介绍了永磁体排布的确定和体积比优化设计方法;最后提出一种适用于该电机的转子设计方法。仿真结果表明,采用该文提出的转子设计方法能够使电机弱磁区损耗最多降低56%,电机弱磁区的转矩和调速范围显著提高。     

基于滑模观测器的磁通切换型记忆电机永磁磁链辨识研究

近年来一类采用高剩磁、低矫顽力永磁材料的记忆电机得到了广泛的研究。这类电机可以通过施加电流脉冲直接调节永磁体的磁化水平,从而大大拓宽电机的弱磁调速范围。记忆电机在运行过程中的永磁磁链是可变的,仅依靠离线实验所得的反电动势/电流表格无法精确得出电机的磁链,因此需要在线观测永磁磁链幅值。为此设计了基于q轴电压方程的永磁磁链滑模观测器,分析了观测器稳定性和参数选择依据,仿真计算证明了提出的永磁磁链观测器的有效性。     

内嵌式永磁同步电动机电感参数分析

内嵌式永磁同步电机的交直轴电感参数影响着电机控制系统调节器参数的设计,准确的电机参数对其闭环控制及弱磁调速时的性能有较大影响。基于永磁同步电机的数学模型,推导内嵌式永磁同步电动机交直轴电感参数的理论计算公式;利用伏安法实验测得电机的三相电感曲线,分析得到交直轴电感参数的测试值;利用实验测得的空载反电势求取电机的永磁体磁链值。有限元计算所得的交直轴电感参数和空载反电势验证了解析推导和实验方法及结果的正确性。     

永磁铁氧体的充磁极头设计及其对电机性能的影响

永磁体磁性能是否充分得到发挥,不仅影响永磁电机的磁路尺寸和外形尺寸,而且也影响永磁电机的性能指标和运行特性。由于铁氧体材料在永磁电机中的广泛应用,对提高永磁体磁性能的有关传统或新兴技术、理论的研究也日益深入,且具有广泛前景。其中对永磁体充磁的研究也受到了重视。本文从对永磁铁氧体材料特性、电机中磁密分布波形的分析,给出充磁极头具体设计和选择方法。同时提出对永磁体连续重复     

谐波磁场下永磁体涡流损耗测试与分析

针对永磁电机的时间谐波和空间谐波引起电机中永磁体涡流损耗增加的问题,本文搭建了永磁体谐波磁特性测试系统.分析了基波叠加不同谐波次数、含量和相角之后磁通密度B的波形变化规律,测量了钕铁硼(NdFeB)永磁体在不同谐波激励下的动态磁滞回线,研究了谐波次数、含量和相角三个因素对钕铁硼涡流损耗的影响,并对比了钕铁硼、钐钴(Sm2Co17)、铝镍钴(AlNiCo)三种永磁材料在谐波磁场下的磁特性.结果证明谐波次数和含量对永磁体涡流损耗具有较大影响,谐波相角对永磁体涡流损耗无明显影响.研究结果对永磁电机的电磁优化和设计具有重要的参考价值.     

应用新型Halbach阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机性能分析

本文针对定子为印刷线路板（printed circuit board,PCB）结构的轴向磁通永磁电机的特点,将一种新型的Halbach永磁体阵列应用于该永磁电机中,并对其性能参数进行分析。通过与传统Halbach永磁体阵列的无铁心轴向磁通永磁电机相比可知:应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机在相同尺寸及同等永磁体用量条件下,具有更高的气隙磁密及每极磁通,可获得更高的空载反电势,同时有效地降低了漏磁,使得气隙磁密更接近正弦波,电机的整体性能得到了提升。有限元分析结果和样机的对比试验证明了应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机的合理性和有效性。为PCB定子轴向磁通永磁电机的设计提供一定的参考。     

磁通切换型记忆电机控制策略研究

近年来,一类采用高剩磁、低矫顽力永磁材料的记忆电机被广泛研究。这类电机可以通过施加电流脉冲直接调节永磁体的磁化水平,从而大大拓宽电机的弱磁调速范围。简要介绍磁通切换型记忆电机的拓扑结构和数学模型,在此基础上通过对于磁通切换型记忆电机的运行区的分析,提出了一种将在线调磁与传统弱磁相结合的控制策略,以在增大恒转矩输出能力的同时拓宽电机的调速范围。仿真计算证明了提出的控制策略的有效性。     

磁场调制型双馈无刷混合励磁电机及其静态性能分析

基于磁场调制原理工作的永磁(PM)游标电机具有低速、大转矩特性。然而,和传统永磁电机类似,永磁游标电机的励磁磁场由永磁体产生,气隙磁场相对恒定难以调节,宽调速范围运行能力受限。结合"混合励磁"设计方法,通过在分裂齿式永磁游标电机调磁小齿间引入混合励磁绕组,该文研究了一种磁场调制型双馈无刷混合励磁电机;结合有限元方法,介绍了该电机的基本结构和运行原理,揭示了其低速、大转矩并具有宽调速范围特性内在机理;设计了该电机的驱动控制系统,对其静态性能进行系统测试,验证了理论分析与仿真计算的正确性。