锥形转子永磁电机的磁场分析及电感参数计算

分析了锥形转子永磁电机的磁场分布,比较了分段计算方法和三维有限元方法在处理该种沿轴向磁场分布不均匀问题时的有效性,分析结果通过空载反电势实验得到了验证。之后采用三维有限元方法求取了转子在不同轴向位置时电机的交直轴电感,得到了该种电机交直轴电感参数的变化规律;通过实验测试了在不同频率及转子在不同轴向位置时电机的交直轴电感。实测交直轴电感与三维有限元分析结果吻合较好,验证了分析的正确性。     

永磁同步电机弱磁性能参数的有限元分析

本文针对永磁同步电动机转子磁路,在功率容量有限的情况下,限制电动机的调速范围这一问题。根据永磁同步电机的矢量控制方法,在分析永磁同步电动机的交、直轴电感参数对弱磁性能的影响基础上,提出了利用Ansoft有限元分析软件,得出交、直轴电感随交轴电流逐渐增大时的变化规律,并分析不同转子磁路结构对交、直轴电感参数的影响。仿真结果表明,在相同的气隙长度和永磁体磁化方向长度下,内置式转子结构永磁同步电动机比表贴式电机直轴电感大,有利于恒功率的弱磁扩速运行。     

梯形永磁体盘式无铁心电机的设计与研究

针对永磁盘式无铁心同步电机的轴向磁场结构,在现有Halbach永磁阵列的基础上,提出一种梯形结构永磁体阵列。详细阐述该电机的结构与优点,利用有限元方法研究了不同梯形结构永磁体阵列对气隙磁密的影响,根据气隙磁场中的谐波含量及空载反电势畸变率选取最优转子结构。该结构在保证与传统结构永磁体材料用量相当的前提下,有效提高气隙磁密的基波,降低谐波含量。由于轴向磁场结构的特殊性,给出该电机的设计规则,如磁极尺寸和导体占空比的确定。计算了电机在负载工况下不同定子电流对交直轴电感的影响,为该类电机的设计提供了一定的参考价值。     

永磁牵引电机不同转子结构对电机性能的影响

牵引电机由于交轴和直轴磁路不对称而会产生磁阻转矩,而磁阻转矩的利用情况对于电机的过载能力和功率密度有一定影响。本文对一台20 kW牵引电机不同转子结构的电抗参数进行有限元计算,并通过试验验证;经过对比分析得出V形转子和V—形转子更加适合永磁牵引电机。此外,通过对比不同永磁体结构尺寸,得出改变永磁体的夹角和圆心距能够最经济化地提升电机整体性能。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响，以8极48槽永磁同步电机为例，根据设计指标，分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型，两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先，从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别，并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次，根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式，并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后，建立电机的三维有限元模型，计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率，并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明，对于内置式永磁同步电机，在永磁体用量相同的情况下，双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。     

阶梯气隙结构对U型单相永磁电机自起动性能的影响

针时单相永磁同步电机不能自行起动的问题,采用阶梯气隙结构,使电机静止时在定位转矩的作用下定转子磁场之间存在相位差角,从而实现自起动.利用二维有限元计算的方法,分析阶梯气隙结构对电机电枢磁场和永磁体磁场的影响.针对永磁磁场,利用虚位移法对电机转子在不同位置时的定位转矩进行计算,求得永磁电机的转子初始相位角.得到一系列有关定位转矩、初始相位角与阶梯气隙结构参数之间的关系曲线.利用时步有限元法对U型单相永磁同步电机的起动过程进行动态模拟仿真,通过转速曲线证明了合理的阶梯气隙结构有利于永磁电机实现自起动.     

具有变磁阻励磁回路的永磁同步电动机电感参数

为解决永磁同步电动机弱磁问题,提出了一种能够跟随转速自动调节励磁磁阻的新型永磁同步电动机.在介绍电机基本结构和原理的基础上,通过不同励磁下电机磁力线分布,指出了影响交直轴电感主要有永磁体、隔磁磁桥和交直轴电流.并分别就永磁体厚度、隔磁桥尺寸、电流饱和、非导磁体的引入和永磁体的运动,运用有限元数值法计算了交直轴电感.计算结果与电感分析结果和测试结果相吻合.     

永磁同步电机电枢电感和输出转矩的分析计算

由于永磁电机的运行特性与电机的交直轴电感有密切的联系,因此在电机设计方案确定后,得到交直轴电感,是分析该类电机运行特性的关键.以一台20kW永磁同步电机为例,借助于Ansoft有限元分析软件,对电机的交直轴电感进行仿真分析,得到不同加载电流情况下电机电感参数,并利用这些参数对电机的输出转矩和磁阻转矩进行了计算,为该类电机设计分析提供了一定的参考依据.     

考虑参数变化的永磁同步电动机弱磁控制研究

永磁同步电动机的弱磁控制是通过增加定子直轴负向电流,利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱合成磁场的效果以实现弱磁增速的目的,这就造成弱磁运行时,转速越高对应的直轴负向电流越大,即电枢反应越严重.直轴电枢反应严重影响着直轴同步电感,同时交轴电流也在一个较大的范围内变化,交轴电流的变化也影响着交轴同步电感和永磁体产生的磁链.当电机参数在运行过程中发生较大变化时,便造成了转矩给定值和实际系统的转矩输出能力之间存在一定的偏差,使得系统无法跟踪指令值,导致整个系统性能下降.当电机参数发生变化时,为了提高系统的控制性能,本文提出了转矩模糊控制器,从而使给定转矩较好的跟踪电机实际转矩输出能力.     

电动汽车用永磁电机弱磁调速能力

针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响。采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律。结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系。样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围。电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力。     

内置式永磁同步电机电感参数的研究

分析了永磁体磁势和电枢磁势共同作用时内置式永磁同步电机的电感特性,基于交流静态法,提出了一种改进的测量内置式永磁同步电机定子自感和互感以及交直轴电感的方法。为了考虑饱和和交叉耦合效应对电感参数的影响,该方法首先根据所测电压和电流数据计算出不同转子位置和电流下的磁链,然后根据磁链计算出电机自感和互感以及交直轴电感参数,并应用该方法进行了实测研究。结果表明,实测结果与有限元分析结果吻合较好,验证了该方法的可行性和有效性。     

考虑交叉饱和影响的永磁同步电机稳态参数有限元分析

针对永磁电机相关控制策略及性能计算均需要准确地得到电感和磁链等稳态参数,而它们又受交叉饱和效应影响严重,常规方法无法准确计算的问题,以有限元为工具,分析了计算永磁磁链和直轴、交轴电枢反应电感的不同方法。研究了交叉饱和效应对永磁电机的直轴、交轴电枢反应电感的影响,提出由于交叉饱和效应导致的直轴交轴存在互感,以及直轴上的永磁磁势产生交轴磁通的问题。采用冻结单元磁导率的方法,将非线性场线性化,计算得到了稳态参数随直轴、交轴电流变化的趋势。通过对比,使用计算得到的稳态参数仿真结果和实际测试结果,在空载与负载条件下的吻合很好,证明了使用冻结磁导率法计算参数是可靠的。     

基于等效磁荷法的永磁电机Halbach阵列磁极磁场分析

基于等效磁荷法推导出永磁电机转子磁极——瓦形磁体在空间的磁场分布。同时用有限元法进行了分析,表明两者之间偏差较小,等效磁荷法满足计算精度要求。进而利用该方法建立了永磁电机的Halbach分布转子磁极静态磁场的模型,通过改变影响转子磁极磁场分布的极弧比和副磁极磁化角度两个因素,得到在不同磁极结构下的转子磁极静态磁场径向分量变化规律:每一极中主磁极空间跨度变大会导致Halbach永磁电机转子磁极静态磁场的径向分量基波幅值变大,而谐波含量先减小后增大;随着副磁极磁化角度变大,转子静态磁场的基波幅值先变大后减小,而谐波含量刚好相反,先减小后变大。     

永磁无刷直流电机电感参数测量及影响因素分析

该文对永磁无刷直流电机电感参数的计算和测定方法进行了推导,通过坐标变换,把三相电机ABC坐标系下的自感、互感的复杂计算和测定问题转换为d-q坐标系下简单的计算和测定问题。该方法通过测定一周转子不同位置下的电压、电流、功率数据,可直接计算出电机的直轴电感和交轴电感。采用该方法分析了转子位置、电流、频率、温度对电感参数的影响。     

磁通可控永磁同步电动机的磁化

提出一种调速机理异于常规永磁同步电动机的新型电动机--可控磁通永磁同步电动机.在需要调速时,通过定子绕组施加一定强度的直轴电流脉冲对磁体进行去磁或充磁,在正常运行时采用i_d=0的控制策略,而独特的转子结构保证交轴磁动势不对磁体的磁化状态产生影响.由于确定磁体磁化后的最终状态是调磁变速分析的关键,本文建立了包括初始磁化和反复磁化两种情况下的磁化分析模型,扩展了现有的磁化比率曲线.将局部磁滞回线预测模型与磁体的磁化模型相结合,建立了永磁体的磁化状态计算方法.依据该计算模型,计算了不同磁化电流下的气隙磁通密度及相应的电动势波形.样机的实验结果与有限元计算结果较为吻合,证明了该电动机实现磁通可调的可行性和磁化模型的正确性.     

内置混合式可控磁通永磁同步电机有限元分析

提出一种转子内同时放置钕铁硼和铝镍钴两种永磁体的内置混合式转子磁路结构的可控磁通永磁同步电机。它充分利用钕铁硼剩磁密度和矫顽力都很高，铝镍钴剩磁密度很高而矫顽力很低的特点，使两种永磁体在磁性能上合理配合。通过控制直轴电流矢量脉冲的幅值和方向来控制铝镍钴的磁化强弱和方向，使气隙永磁磁通受控，实现宽范围弱磁调速。介绍了电机工作原理，进行了电磁场有限元分析，给出了不同磁化状况下电机磁场分布图及气隙磁场曲线，指出了增加交轴磁阻的必要性，总结出永磁体尺寸对电机弱磁倍数影响的变化规律。     

新型三相磁通切换型双凸极永磁电机电感特性分析

本文基于有限元法研究了一种新型三相12/10极切换磁通型双凸极永磁电机的电感特性.首先介绍了该电机的结构特点和运行原理;其次比较了静态电感和动态电感的定义;并在此基础上采用通用的定子三相坐标系和dq轴两相坐标系变换将三相绕组电感变为直轴和交轴电感;针对该种方法耗时多、运算量大的缺点,提出了一种基于两个特殊转子位置的简单快捷的方法,可以直接计算得到直轴和交轴电感,所得结果与传统方法计算结果比较验证了该方法的有效性,并得到了样机实测电感数据的验证.     

转子无铁心永磁电动机的研究与设计

无铁心电动机具有效率高、噪声低等特点,引起了广大学者的关注.本文介绍了所研制的转子无铁心永磁电动机的基本结构和特点,以8极电动机为例分析了Halbach磁体结构的特点和磁场分布,得到了不同磁体结构的气陳磁密的变化情况.通过对气陳磁密的分析得到了空载主磁通计算方法,然后针对无齿槽电机的特点,提出了无槽绕组的设计方法,研究了无铁心永磁电动机的功角特性.最终给出了样机的试验结果.     

嵌入式永磁同步电机离线参数辨识技术

详细介绍了一种永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)矢量控制系统电机参数的离线辨识技术.该技术基丁电机的动态数学模型,通过在电机端注入直流或交流电流,测量相应的电压响应,辨识出电机的定子电阻、转子磁链、直轴电感和交轴电感.实验结果证明了该算法的正确性.     

轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。