无轴承高速开关磁阻电机设计中的关键问题

讨论了无轴承开关磁阻电机在高速运行时的电磁设计、结构强度、稳定性设计、转子应力设计、散热设计、磁性材料选择等关键技术问题，给出了在设计过程中应注意的问题和优化设计的方法依据。考虑上述电机设计原则，对一台7.5kW无轴承开关磁阻电机进行了电磁和结构参数的优化设计，建立了基于ANSYS的二维有限元模型，对径向悬浮力和转矩特性进行了计算，比较了仿真和理论计算结果；在实验样机上测量了主绕组、悬浮绕组电感。结果表明，该设计方法满足了无轴承高速开关磁阻电机的设计要求，对进一步进行参数优化具有参考价值。     

一种永磁式开关磁阻直线电机的设计与有限元分析

介绍一种新型永磁式开关磁阻直线电机的设计方案,在开关磁阻直线电机与永磁电机的工作原理基础上,建立了不同结构的电机模型并运用有限元分析软件对其进行电磁有限元分析,研究电机磁场分布以及电磁推力的变化,将软件仿真运行结果与解析结论对比证明该设计的合理性。     

高速两相4/2结构SRM锥形转子结构优化设计

针对传统两相4/2结构开关磁阻电机存在转矩死区而无法自起动的问题,提出了一种新型锥形转子结构的开关磁阻电机。首先建立了传统转子结构和锥形转子结构的两相开关磁阻电机静态有限元模型,分别对两种结构开关磁阻电机的电感特性、静态转矩特性进行了对比分析。优化了锥形转子的偏心半径,得到了锥形转子的最优尺寸参数。仿真结果表明所设计锥形4/2结构开关磁阻电机没有转矩死区,具有自起动能力,平均电磁转矩符合高速烘干机的设计要求。最后试制了样机,搭建了控制系统的软硬件平台,进行了样机试验,实测结果验证了设计和控制方案的有效性。     

三相6/4极开关磁阻电机参数设计与有限元分析

分析了三相6/4结构开关磁阻电机结构和工作原理,给出了其数学模型。详细介绍了开关磁阻电机参数设计方法,并给出一台3 kW三相6/4结构开关磁阻电机实验样机参数。利用有限元分析软件Ansoft/Maxwell对该样机的矩-角特性和磁路结构进行了仿真分析,并进行初步实验研究,仿真和实验研究结果验证了参数设计方法的正确性。     

样条函数仿真开关磁阻电机稳态特性

鉴于开关磁阻电机的电磁关系很复杂,采用Ansys有限元分析软件计算开关磁阻电机的磁链曲线和矩角特性,利用有限元计算结果建立了开关磁阻电机的数学模型,采用样条函数仿真法实现开关磁阻电机的电流和转矩波形计算,仿真样机稳态特性。     

超高速开关磁阻电动机设计

开关磁阻电机结构简单坚固,转子上无永磁体和绕组,特别适合超高速运行。针对超高速电机的运行特点,对超高速开关磁阻电机的多物理场一体化设计方法进行探讨,研制了一台6/2结构超高速开关磁阻样机,样机最高转速为130 000 r/min,功率为1 kW。为提高样机的起动转矩,改进了样机的转子结构,并基于有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。采用自主开发的具有角度控制功能的开关磁阻电机专用集成电路SR3P10K07A作为控制系统的控制核心。最后对样机进行了实验,实验结果表明本文采用的设计方法、转子结构和专用芯片是可行和有效的。     

模块化开关磁阻式横向磁通电机设计与分析

基于开关磁阻电机的运行原理和横向磁通电机的结构特点,提出一种新型的模块化开关磁阻式横向磁通电机(modularswitchedreluctancetransversefluxmachine,MSRTFM)。该电机结构简单,其定、转子铁心均为采用硅钢片叠制的U型结构,定子绕组直接绕制在U型铁心上,易于模块化加工。相比于传统的开关磁阻电机,MSRTFM具有横向磁通电机的优点,可以实现电、磁负荷解耦灵活设计,从而有效提高转矩密度和运行效率,因此适合于电动汽车等高效、高转矩驱动领域。介绍MSRTFM的基本结构与运行原理,给出该电机电磁设计的方法和公式推导过程。由于MSRTFM的磁场呈三维分布,因此采用三维有限元分析(3D finite element analysis,3D-FEA)对电机的磁链和转矩等参数进行了计算。此外,将MSRTFM与传统的径向磁通开关磁阻电机(switched reluctance machine,SRM)进行了对比,验证了所提电机的良好性能。根据设计参数与有限元仿真结果,研制了小功率实验样机,并对电机的主要性能开展实验研究,验证了设计结果与有限元计算分析的正确性。     

平面开关磁阻电动机的模态分析

自主设计了一台平面开关磁阻电动机,给出了其机械结构,建立了其简化有限元模型并进行了有限元模态分析,获得了电机一至六阶固有频率及振型;进行了模态试验,获得了电机一阶和四阶固有频率。通过电机空载噪声频谱,验证了有限元模态分析和模态试验的正确性。理论计算与实验对比表明:理论计算结果与实验结果吻合,两者误差小于5.61%,验证了电机简化有限元模型的有效性和有限元模态分析的正确性。研究结果为同类电机的结构改进设计和振动噪声抑制奠定了基础。     

平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制

为了提高平面开关磁阻电机的位置精确度,研究一种基于模型参考自适应控制理论的平面开关磁阻电机控制方法。采用最小二乘法辨识了平面开关磁阻电机的线性化模型参数,根据李亚普若夫稳定性理论,以力指令为控制量并采用输入输出变量设计了平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制器,基于dSPACE半实物实时仿真系统,构建了实时在线控制实验平台,进行了平面开关磁阻电机的模型参考自适应位置控制实验。研究表明:基于模型参考自适应控制的平面开关磁阻电机系统能平稳、准确地跟随给定位置,提高了电机位置精确度,验证了提出的平面开关磁阻电机模型参考自适应控制方法的可行性和有效性。     

磁悬浮开关磁阻电机运行机理与仿真设计

磁悬浮开关磁阻电机集磁性悬浮与转矩驱动于一体,同时具有磁轴承与开关磁阻电机的优点,在悬浮驱动领域具有较好的发展前景.根据磁悬浮开关磁阻电机结构与运行机理,通过研究各种参数对电机运行性能的影响,使用RMxprt软件中提供的优化模块Optimization,对1.5 kW磁悬浮开关磁阻电机的结构参数做出优化设计,并根据优化结果制造出模型样机.样机符合设计要求,具有较好的运行和控制性能.     

开关磁阻平面电机运动机理及其结构设计

为了探讨半导体IC芯片在加工过程中平面定位的新方法,依据磁阻最小原理,采用类比法,建立了开关磁阻平面电机SRPM的线性数学模型,设计并给出了实验样机的基本结构、动子和定子的具体参数.实验样机动子在x和y方向上均采用三相绕组,每相绕组匝数为132匝,单相通电10 A时,最大电磁力为200 N.仿真实验结果证明,设计的SRPM理论分析正确、电机结构及设计参数合理.     

基于响应面法的三相开关磁阻电机阶梯气隙的优化设计

开关磁阻电机的高转矩脉动影响了该种电机的直驱应用,本文以直驱电动工具为应用背景,对开关磁阻电机的阶梯气隙进行优化设计,以降低其转矩脉动。首先给出了开关磁阻电机基于均匀气隙的电磁设计方案,以该方案为基础,研究了电机转矩脉动、单位相电流所产生平均转矩值随阶梯气隙的变化关系,然后将响应面法与遗传算法相结合对开关磁阻电机的阶梯气隙进行了优化设计研究,最后进行了样机试制、样机性能测试实验及样机的实际电动工具工作实验,实验结果表明了样机电机的良好性能及阶梯气隙优化设计的效果。     

无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型

针对现有无轴承开关磁阻电机数学模型忽略磁饱和或对磁饱和考虑不充分的不足,将麦克斯韦张量法和磁路分析法结合起来,提出了一种计算无轴承开关磁阻电机径向电磁力的方法.该方法考虑了电机运行过程中磁饱和以及转子的偏心位移,能够准确的描述电机径向电磁力的特性,为电机运行状态的离线分析和电机的设计提供了更为可靠的理论依据;该模型同时为无轴承开关磁阻电机电磁振动和噪声的预测与控制提供了理论依据.以一台实验样机为例,建立了考虑磁饱和的无轴承开关磁电机有限元分析模型.仿真结果证明了该解析模型的有效性.     

开关磁阻发电机非线性建模与仿真

基于开关磁阻电机的非线性数学模型,利用Matlab/Simulink中的相关模块建立开关磁阻电机发电系统的非线性仿真模型。利用该模型对一台三相12/8结构样机进行了仿真,将有限元与控制结合对开关磁阻电机系统非线性和动态特性进行仿真研究,仿真结果证明了该模型的有效性。仿真试验表明开关磁阻发电系统能够稳定地发出电压为220 V的直流电,并在实际中得到验证。     

电动工具用高速两相开关磁阻电机研究

本文基于电动工具驱动对高速两相开关磁阻电动机进行了研究开发。首先由单相交流串励电机驱动的打磨机工具的性能要求和尺寸限制,给出两相开关磁阻电机的额定参数及主要尺寸,然后对电机进行了电磁设计研究,重点对其阶梯气隙进行优化设计研究,以满足电机的自起动能力和低转矩脉动要求,并对设计计算结果进行了电磁场有限元仿真验证;其次研究开发了两相开关磁阻电机驱动控制系统;最后进行了样机试制和样机试验,试验结果验证了分析计算的正确性及该种电机用于高速低成本驱动的可行性。     

SR电机起动转矩的仿真分析与实验

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)起动性能优良，具有起动电流小而起动转矩大的优点。本文首先从分析开关磁阻电机电磁转矩的基本理论入手，介绍了应用ANSYS软件对开关磁阻电机磁路磁场的仿真；利用仿真计算所得磁化曲线族，对开关磁阻电机的起动转矩进行编程仿真计算；根据仿真计算结果对开关磁阻电机的起动性能进行了详细的分析；比较了两种典型的起动控制方案的优缺点；并提出了改善开关磁阻电机起动性能的几个方案。最后，介绍了开关磁阻电机起动转矩测试台的构成和测试方法；并以一台三相6/4结构开关磁阻样机进行了实验验证，结果和仿真计算十分相似，同时也证明了对开关磁阻电机起动转矩仿真计算的正确性。     

开关磁阻平面电机虚拟样机设计与仿真研究

为了探索平面电机设计、研究的新方法,采用虚拟样机及其仿真技术,设计了开关磁阻平面电机的三维虚拟样机,论述了SRPM的组成结构和工作原理。建立了具有电流和位置负反馈的双闭环智能控制系统,对SR-PM虚拟样机进行了机电一体化联合仿真研究,优化了控制参数和结构参数,给出了有价值的分析和研究成果。实验结果证明SRPM虚拟样机具有良好的动态特性和较小的位移跟踪误差。     

基于ANSOFT开关磁阻电机建模与控制策略的仿真研究

基于ANSOFT软件建立开关磁阻电机二维和三维有限元模型,采用不同控制策略对开关磁阻电机有限元模型进行动态仿真研究。将有限元仿真结果与MATLAB仿真结果进行比较,结果表明有限元法建立的模型及其驱动系统有利于对电机转矩和磁链特性进行准确分析,同时能指导开关磁阻电机及其控制系统的设计和优化。     

车用永磁同步电机拓扑结构优化与实验研究

为了满足电动汽车对永磁驱动电机要求功率密度高、调速范围广的性能需求,以一台商务车用60 kW永磁同步电机的电磁结构优化为例,首先通过电磁设计理论研究分析了影响永磁调速电机过载能力、调速范围的因素,并利用有限元电磁场计算软件建立电机的有限元模型,计算并分析不同磁路结构中电机的d、q轴电感、凸极率、弱磁率等因素对其性能的影响,进而对电机的定、转子冲片的拓扑结构进行优化。最后,制造了实验样机,并搭建了电机控制系统的实验平台,试验测试了样机在不同工况下的性能,并与仿真结果进行了对比,验证了有限元设计的准确性和可行性,为电动汽车用电机的结构参数优化提供了参考方向。     

基于Maxwell 3D的开关磁阻平面电动机仿真研究

开关磁阻平面电动机结构简单、运行可靠,但其双凸极结构使磁路非线性非常严重,给磁路分析乃至控制带来很大困难.利用Maxwell 3D电磁场分析软件,采用有限元方法对开关磁阻平面电机进行静态电磁特性仿真分析;绘制出电磁推力特性曲线和磁链特性曲线.仿真结果可以用于指导该电机及其控制系统的设计和优化.