转子结构参数对新型反凸极永磁同步电机性能影响的研究

永磁同步电机性能优良,但无法调节永磁体励磁,导致调速范围小。利用磁桥增大d轴电感以及利用W型永磁体减小q轴电感,提出一种新型的反凸极永磁同步电机（NSPMSM）转子结构。通过理论分析NSPMSM的转矩和弱磁调速的特点,利用有限元方法验证该电机具有反凸极性。研究转子结构参数对NSPMSM电磁转矩和调速性能的影响。有限元弱磁仿真分析结果与理论分析结果相符合,验证了其提高弱磁调速范围的有效性。     

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。     

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。     

双层V型双三相永磁同步电机的电感计算与转子结构优化

电感是永磁同步电机控制中重要的性能参数,是电机设计的关键。双三相永磁同步电机性能计算需要准确的计算电感及磁链等相关参数,而电机在运行过程中受磁路饱和与磁路交叉耦合效应影响严重,常规方法无法准确计算。本文采用冻结磁导率法对电机交直轴电感进行计算分析,通过改变交直轴电流大小,分析电感变化规律。分析双层V型永磁体张角及永磁体间距的变化对电机性能的影响,在保证永磁体的用量不变的情况下增大了凸极率,提高电机的过载能力。     

反凸极永磁同步电机及其控制技术综述

反凸极永磁同步电机的直轴电感大于交轴电感,与传统正凸极永磁同步电机相比,具有恒功率调速范围宽、过载能力强、空载反电动势低和永磁体不易退磁等特点,在数控机床主轴系统和电动车驱动系统等调速范围要求高的场合中具有广泛应用前景。文中针对反凸极永磁同步电机本体结构和电流控制技术发展现状两方面进行综述。总结反凸极永磁同步电机的特点;分析国内外径向磁场和轴向磁场反凸极电机的结构特点和电磁特性,归纳出其共性规律和个性差别;阐述目前该类电机的电流控制技术;对该类电机及其控制的主要研究方向进行展望。     

一种新颖反凸极结构永磁同步电动机的设计与分析

针对具有凸极效应的常规永磁同步电动机的问题,即最大电磁转矩的功角大于90°,在负载运行时永磁体存在较大的退磁危险,提出一种具有反凸极效应的新结构永磁同步电动机,并分别对该永磁同步电动机和传统永磁同步电动机进行了有限元分析,得到了电机的气隙磁密波形和空载反电势波形,并进行了谐波分析,求出了交直轴电感特性和矩角特性曲线。与传统的永磁同步电动机相比,新结构电机不仅永磁体用量减少、气隙磁密波形更接近正弦波,而且具有反凸极特性,减小了电机退磁的危险;并且该电机的最大电磁转矩比传统结构电机提高3.33%,增强了电机的过载能力。     

内置式交替极永磁同步电机性能及机理研究

分析比较了传统内置式永磁同步电机与内置式交替极永磁同步电机的电磁性能。设计了一台五相20/18槽极组合的内置式交替极永磁同步电机,与传统内置式永磁同步电机相比,该电机在保持较好的输出能力的情况下节省了永磁体用量,提高了电机的可靠性且节省了成本。利用磁路法及气隙磁通密度波形的傅里叶解析计算得到每极下气隙基波磁通,验证了交替极设计可提高永磁体的利用率。与传统内置式永磁同步电机不同,内置式交替极永磁同步电机中永磁极极弧的选择范围更大,通过合理优化永磁极与铁心极的配合能够进一步提升该电机的输出转矩。其次,比较分析了内置式交替极永磁同步电机的反电动势谐波分量,发现该电机更加适用于谐波电流注入法,且分别对永磁体端部槽形、永磁体磁化方向长度及不均匀铁心极极弧进行优化设计,使得优化后的内置式交替极永磁同步电机在明显减少永磁体用量的情况下能够保持较好的输出能力,且具有更好的转矩质量及弱磁能力。     

基于电流快速响应的永磁同步电机六拍运行控制策略

提出一种基于电流快速响应的永磁同步电机六拍运行控制策略,使电机在满足动态过调制、弱磁和电流快速响应的同时,实现电机的六拍运行。在此基础上,提出一种针对过调制控制的弱磁方法,该方法可有效减小电机在过调制区域的转矩脉动。以一台车用凸极永磁同步电机进行仿真实验研究,实验结果证明了这种控制方法的有效性。     

12槽10极磁通切换型永磁同步电机设计与分析

磁通切换型永磁同步电机因其定转子拓扑简单、结构紧凑、转矩密度大、故障率低等优点,能够实现电机在较宽速度范围内运行调速,适用于风力发电、混合动力汽车等领域。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,设计了一台12槽10极磁通切换型双凸极电机,采用有限元方法计算了电机的气隙磁场、永磁磁链和反电动势、齿槽转矩以及输出转矩等电磁特性。最后通过一台3 k W样机对其转矩特性进行了实验验证,实验结果与有限元仿真结果一致,验证了上述方法的正确性。     

一种优化表插式永磁电机性能的方法

针对表插式永磁同步电机转矩脉动较大的问题,提出在永磁体磁极间开辅助槽的方法提升电机性能。分析磁极间开槽的原理,指出在磁极间开槽能够改善气隙磁场分布,减小反电动势中的谐波含量,进而使电机转矩脉动得到抑制。并且磁极间开槽会改变电机的交、直轴电感,使电机的弱磁扩速能力得到提升。利用有限元分析得出最佳开槽形状,并验证开辅助槽能减少反电动势谐波含量并抑制转矩脉动;通过仿真计算电机电感变化,并对比等效直轴去磁状态下电机的气隙磁通密度波形与以不同最高转速时所需的直轴电流,得出开槽后的表插式永磁同步电机更适合用于弱磁扩速。本文所研究的新结构对提升电机性能有一定的指导意义。     

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.     

电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制

通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围.由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大.因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能.通过MATLAB/SIMULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

表面-内嵌式电机永磁体设计及特性分析

针对表面式永磁电机具有弱磁调速范围小,功率密度低;内嵌式永磁电机存在转矩脉动大,漏磁凸出缺陷,本文提出一种新型表面-内嵌永磁转子同步电机新结构.在满足永磁同步电机的性能达到最优的条件下,建立电机的有限元模型,分析了改变永磁体的极弧系数和磁化方向的等方式对电机转矩波动、效率、功率因数等性能的影响,比较分析得出比较合理永磁体情况下的新型混合式永磁同步电机模型.     

永磁同步电机参数对弱磁性能的影响

该文首先分析了永磁同步电动机凸极比大于1时凸极比、交直轴电感量对电机性能的影响,然后分析凸极比小于1时电机运行性能,进而分析比较凸极比大于1和凸极比小于1时电机在弱磁调速时的转矩和最大输出功率,通过数学仿真求得转矩和最大功率输出曲线,仿真分析结果表明凸极比大于1的永磁同步电动机更适合弱磁调速。     

高速动车组永磁同步电机牵引控制仿真研究

为研究永磁同步电机的电流运行轨迹,分析不同工况下动车组永磁同步电机的弱磁工作方式,首先分析了永磁同步电机的最大运行能力,规划电流轨迹;其次,在动车组变工况时,根据永磁同步电机交、直轴电流相平面关系,按最大转矩电流比控制解析式方程,确定最小稳定工作点,从而提高电机的运行效率,实现平滑过渡;最后,利用Simulink软件对永磁同步电机矢量控制系统进行仿真验证。     

永磁交流伺服电动机弱磁控制性能分析(上)

本文从弱磁控制的基本特性出发,指出永磁交流伺服电机弱磁控制能改善电机及驱动系统的性能;根据弱磁控制的基本原理,针对凸极率不同的永磁转子结构,对永磁交流伺服电机电压极限曲线中心在电流极限圆外、圆上和圆内3种情况,全面深入分析了该类电机的弱磁控制特性;推导出了从零转速经弱磁基速至弱磁最高转速的全范围机械与功率的变化规律,绘制了特性曲线,得到了最大功率和最大转矩点以及最大可能的弱磁范围。根据分析结果,分别讨论电机的凸极率,最大电流与励磁电流之比,电机导磁磁路与电机结构,以及直轴电感等各因素对电机弱磁性能的影响,并简要分析弱磁时电机损耗的特征。     

永磁交流伺服电动机弱磁控制性能分析(下)

本文从弱磁控制的基本特性出发,指出永磁交流伺服电机弱磁控制能改善电机及驱动系统的性能;根据弱磁控制的基本原理,针对凸极率不同的永磁转子结构,对永磁交流伺服电机电压极限曲线中心在电流极限圆外、圆上和圆内3种情况,全面深入分析了该类电机的弱磁控制特性;推导出了从零转速经弱磁基速至弱磁最高转速的全范围机械与功率的变化规律,绘制了特性曲线,得到了最大功率和最大转矩点以及最大可能的弱磁范围。根据分析结果,分别讨论电机的凸极率,最大电流与励磁电流之比,电机导磁磁路与电机结构,以及直轴电感等各因素对电机弱磁性能的影响,并简要分析弱磁时电机损耗的特征。     

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。     

新型轴向磁通双凸极永磁电机设计与建模仿真

设计了一种具有双定子的新型结构轴向磁通双凸极永磁电机。使用有限元方法对该新型电机进行分析,得到了空载情况下的自感、磁链等特性曲线。针对该新型电机的特点,给出了双凸极电机的数学模型。参照径向磁通双凸极电机的建模方法,结合获得的绕组自感和磁链数据,搭建了基于MATLAB/Simulink的电机转速、电流双闭环调速系统的模型,成功仿真出该电机的转速、电流、转矩等波形。系统的仿真结果表明该新型电机运行可靠、便于控制。     

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种新型聚磁型无源转子横向磁通永磁电机。首先分析了该电机的基本结构和运行原理,借鉴永磁同步电机的成熟理论方程推导了该电机的电磁设计公式,并给出了相应的优化流程图。采用三维有限元方法分析了电机的磁场分布,给出了空载反电势、相电感及其齿槽转矩波形。该电机的气隙磁密比传统横向磁通永磁电机高,采用聚磁型结构提高了永磁体的利用率。漏磁严重使得横向磁通永磁电机的相绕组自感比较大,通过仿真分析了电枢反应对电机的影响。