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。     

双定子混合励磁磁通切换电机及其电磁性能分析

提出了一种带有导磁桥的双定子混合励磁磁通切换(DS-HEFS)电机。通过建立混合励磁电机数学模型,分析了混合励磁电机的优势所在;并通过建立等效磁路模型,总结了具有或不具有导磁桥的两种DS-HEFS电机特性。基于二维有限元分析,对DS-HEFS的电磁性能进行了评估,结果表明,其不仅具有优异的磁场调节能力,而且还具有更高的输出转矩。     

单相并联混合励磁磁通切换型磁阻电机建模与分析

磁通切换型磁阻电机可采用不同的励磁形式,其中电励磁式与混合励磁式的励磁磁动势是可调节的,在单相电励磁结构基础上分析设计了相同定转子极数比的并联混合励磁的磁通切换型磁阻电机。提出一种借助于变跨距电励磁磁通切换型磁阻电机的有限元仿真结果,以建立混合励磁结构的简化磁路模型的方法,通过该模型可获得描述电机动态特性的非线性等效励磁电流、电感等参数。制作了具有可比性的电励磁、混合励磁结构样机各一台,并进行了实验测试,模型计算值与实验值吻合度较高,验证了理论分析、建模方法的正确性。     

并列式混合励磁磁通切换型电机及其电流矢量控制策略研究

为解决永磁磁通切换式电机磁场调节困难的问题,研究了一种新型并列式混合励磁磁通切换型(parallel hybridexcited flux-switching,PHEFS)电机,该电机继承了永磁磁通切换电机功率密度高、反电势正弦等优势,且具有较强的对称调磁能力。结合磁路仿真对该电机电感特性和弱磁性能进行了理论分析,建立了PHEFS电机的数学模型,提出了id 0最大转矩铜耗比电流矢量控制策略,通过对励磁电流和电枢电流的合理分配,在保证静态特性的同时,达到最大转矩铜耗比,以提高电机的运行效率。原理样机的实验结果证明了该电机良好的调磁性能及所提算法的合理性与有效性。     

基于组合算法的混合励磁磁通切换电机最大转矩铜耗比控制

混合励磁磁通切换电机（HEFSM）具有永磁磁通切换电机和混合励磁同步电机的优点,通过调节励磁电流实现了调节气隙磁场的目的,这类电机在工业界尤其是电动汽车领域有着广泛的应用前景。该文提出一种针对HEFSM全速范围的优化最大转矩铜耗比（MRTC）控制策略。在低速恒转矩区域,采用优化的励磁电流来提高带负载能力,使铜耗最小,相比励磁电流与电枢电流随机组合策略和零励磁电流控制策略具有更快的响应速度。在恒功率范围,建立电机铜耗的目标函数,以转矩、电流、电压和转速等为约束条件。优化后的负励磁电流和d轴电流不仅可以获得较高的转速和产生磁阻转矩,而且在一定的转矩值下,铜耗最小,实现了转矩与铜耗的最大比值,在扩展电机转速范围的同时提高了效率。最后搭建基于dSPACE1103的电机系统实验平台,验证所提出的控制策略的可行性和有效性。     

新型电励磁磁通切换电机励磁绕组结构分析

励磁绕组连接方式对电励磁磁通切换电机电磁特性影响很大。对所提出的2种新型电励磁磁通切换电机,分析了其工作模式和“磁通切换原理”,利用有限元分析方法比较了2种电机的电磁特性：定子磁链、反电势、气隙磁密、定位力矩、电磁转矩、转矩密度。重点比较了励磁绕组连接方式对电机漏磁和功率密度的影响。结果表明,电励磁磁通切换电机具有较高正弦度的双极性磁链和全周期工作模式,适合运行在无刷交流场合。拓扑2具有更小的漏磁和更高的励磁电流利用率,其转矩密度为拓扑1的2倍。分析结果为所提出电励磁磁通切换电机在航空起动／发电机系统、风力发电系统等领域的应用提供了理论背景。     

磁通反向型混合励磁电机电磁特性分析

磁通反向电机是一种结合了永磁电机和开关磁阻电机优点的新型电机,其结构简单、具有较高的效率。但是,由于电机的永磁磁场恒定,磁场调节十分困难,为了解决这个问题,本文将混合励磁技术引入到磁通反向电机中,创新性地提出了一种磁通型反向混合励磁电机,该电机在继承原电机的优点的同时,还能通过磁场调节实现转矩调节。本文通过仿真软件建立了磁通反向型混合励磁电机有限元模型,分析了其电磁性能。结果表明该电机具备较好的磁场调节能力,在工业发展中具有广阔的应用前景。     

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。     

改善单相混合励磁磁通切换电机转矩死区的不对称转子建模与测试

为改善单相混合励磁磁通切换电机(Hybrid Excitation Flux Switching Motor,HEFSM)存在转矩死区的问题,文章分析了一种采用不对称转子结构的解决方案。首先分析了该转子的结构设计特点,由于采用不对称转子结构的HEFSM磁场分布更为复杂,因此同时提出了较为实用的简化模型的建模方法,该方法以简化磁路模型为基础建立了电机的电磁转矩表达式。通过给定电流有限元仿真与联合仿真证明不对称转子结构可有效地改善单相HEFSM的转矩死区问题;测试结果表明所建简化模型准确度较高,改善转矩死区效果明显。     

电励磁双凸极轮毂电机空载性能的有限元分析

该文提出了一种新型12/8极电励磁双凸极轮毂电机的结构。采用有限元方法对电机内的磁场进行计算,得出了电机空载时的磁场分布,并研究了不同励磁电流下电机的气隙磁密特性、磁链特性以及反电势波形,所得结果为电机负载时选择励磁电流和换相角度提供了依据。     

U型永磁开关磁链直线电机特性分析及优化

针对长行程无绳提升系统提出一种U型永磁开关磁链直线电机(UPM-FSLM)的拓扑结构,通过改变永磁体的位置排列、初级槽型与次级齿形,提高推力密度与功率因数,降低推力波动。首先介绍了UPM-FSLM的基本参数尺寸设计和工作机理。然后建立有限元仿真模型,分析静态磁场分布、反电动势、电磁推力、推力波动、效率及功率因数等电磁特性并与传统永磁开关磁链直线电机(PMFSLM)电磁性能进行对比研究。最后有限元仿真结果表明:相较于PMFSLM,UPM-FSLM具有高推力密度、低推力波动、高结构强度以及高电磁兼容性能等优势,更适合用于长行程的无绳提升系统。     

绕组分段永磁直线同步电机无传感器控制

绕组分段永磁同步直线电机(WS-PMLSM)定子特殊的分段结构导致动子在跨段过程中各关键电磁参数将随动子位置改变而剧烈变化,从而将给实施无位置传感器控制带来巨大的挑战与困难。为解决这一问题,首先利用有限元分析及实验测试的方法对动子跨段过程中关键电磁参数的非线性变化规律进行分析,从而构建WS-PMLSM的精确数学模型;然后针对相邻两段定子观测反电动势信号幅值变化的规律,提出基于反馈自适应滑模观测器的段间观测反电动势同步合成法,以取得段间磁极位置的精确辨识,最终实现其在宽调速范围内全行程无传感器电流-速度双闭环运行;最后对所提算法进行仿真分析和实验测试,结果证明该方法有效可行。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

面向电磁式力触觉再现的三维电磁作用力测量系统

基于电磁式的力触觉再现系统中,磁性单元所受电磁力的大小和精度直接决定了力触觉再现的真实感和性能。本文构建了基于微型传感器的三维电磁作用力测量系统,用以验证通过有限元仿真方法得出的磁性单元受力的正确性。以实际绕制的线圈为实验对象研究了磁性单元受力和其与线圈之间的距离关系,实验数据表明,力测量系统测得的磁性单元受力与有限元仿真结果基本一致。本文研制的三维电磁力测量系统能够验证电磁力有限元仿真模型的正确性,对于促进电磁式力触觉再现的发展具有重要的意义。     

多级重接式电磁发射的电磁分析与有限元仿真

为了对多级发射达到高速时的电磁问题进行研究,以使用板状发射体和箱形线圈的多级重接式电磁发射为研究对象,推导了多级线圈电磁场和发射体涡流场的综合作用方程,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了三维有限元仿真模型并进行仿真计算。结果表明,多级线圈电流的同时存在,既改变了单级线圈的磁场分布和磁感应强度大小,也改变了发射体中局部涡流密度的大小和发射体受力的大小。这种改变与线圈电流的频率和相位差异相关,并且线圈间距越小,这种综合作用的影响越大。     

不对称磁障对IPMSM电磁振动噪声的影响分析

针对目前一些采用不对称磁障法降低内置式永磁同步电机(IPMSM)转矩脉动的研究并未细致分析其对电机电磁振动噪声产生何种影响的问题,以一台37 kW IPMSM为研究对象,建立了原始电机和具有不对称磁障结构电机的电磁场有限元模型与振动噪声耦合模型,对比分析了不对称磁障结构对电机振动噪声的影响。从理论上分析了永磁电机径向电磁力波的阶次、频率特征,并利用有限元法与二维傅里叶分解法对得到的气隙处径向电磁力波进行分解。建立定子结构有限元模型,对其进行模态分析。在仿真平台搭建振动噪声耦合模型,仿真得到电机定子振动响应与电磁噪声。结果表明,采用不对称磁障的设计方法虽然能降低电机的转矩脉动并且不会牺牲电机输出转矩,但会产生其他倍频的电磁力,增加相对应频率点的振动响应,增大电机的振动噪声,设计时需综合考虑。     

基于APC控制的开关磁阻电机性能分析

针对开关磁阻电动机二维有限元计算考虑端部效应问题,为提高其电磁场的计算精确度,根据开关磁阻电动机(SRM)性能及其系统的结构特点,搭建了SRM及其控制系统的整体模型,在电磁场基本理论的基础上,采用有限元法对角度位置控制( APC)控制下的SRM的电磁场进行了数值研究.在理论计算的基础上得出了SRM的输出转矩、相电流波形以及磁链等参量的变化曲线,并对其进行了详细地分析,同时将数值计算结果与实测结果进行比较,验证了二维仿真中考虑绕组端部磁场影响的模型的合理性,为SRM性能优化及温升和噪声地研究提供了理论依据.     

Fundamental characteristics and 3D electromagnetic analysis for magnetic levitation transporter using YBCO superconductors

A magnetic levitation device with two‐dimensional movement, the so‐called “levitating X‐Y transporter,” has been developed. In order to develop a working levitating X‐Y transporter, it is necessary to clarify the levitation characteristics, such as the lift force, levitation height, and stability against mechanical disturbances. In this paper, we examine the lift and the restoring force experimentally and propose a new simulation program based on the three‐dimensional hybrid finite and boundary element method to analyze the dynamic behavior of electromagnetic characteristics of YBCO bulk. Using the numerical simulation and experiments, we investigated a suitable arrangement of permanent magnets to enhance the levitation characteristics. We also designed a levitating transporter which can carry a load of 200 kg with a gap of 16 mm. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 159(2): 44–54, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20220     

电磁电动式磁悬浮装置的磁场分析和力特性研究

针对目前电磁式磁悬浮无法实现静止悬浮,为实现静止稳定磁悬浮的问题,提出旋转磁场电动式磁悬浮装置方案,该装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生圆周运动的交变磁场,与其在次级导体中感应出的涡流磁场相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现稳定的悬浮.为准确分析装置力特性,建立悬浮装置的多层分环电磁模型对磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和水平转矩,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系;建立有限元模型,分析得出了系统的磁场分布,电磁力等的分析结果;搭建了实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证了理论分析和计算结果.     

汽轮发电机非线性特征的机理及其与运行条件的关系

发电机在临界失稳等非正常运行时,会出现比正常运行条件下更复杂的非线性特征,因而为进一步建立适合电力系统分析所用的发电机非线性模型,需要研究发电机非线性特征的机理及其与运行条件的关系。以有限元方法为工具,在对不同运行条件下的非线性特征进行定量分析基础上,一一分析磁场畸变、磁路饱和等非线性特征与功角、励磁电流等运行条件之间的复杂关系。研究发现磁场畸变导致的非线性程度不仅与功角有关,还与励磁电流及电枢电流有关;励磁电流漏磁通导致的转子轭部附加饱和效应同时受到励磁电流和功角的影响;而主磁路的饱和程度取决于端电压和功角的共同作用。通过模型机实测与有限元计算结果对比,说明结论可信。