永磁同步轮毂电机设计及其弱磁控制研究

采用有限元法设计永磁同步轮毂电机,对影响其性能的气隙磁密谐波和齿槽转矩进行优化,降低了谐波损耗和力矩波动,达到速度高、控制性能好、功率密度高的特点,提高了轮毂电机的性能。并且对轮毂电机进行弱磁控制,扩大其调速范围并且增大其扭矩,最后试制了一台内置式交流永磁同步轮毂电机样机,并对性能进行了测试,满足设计要求。     

电动汽车永磁无刷轮毂电机磁场定向控制

永磁无刷轮毂电机通常具有接近正弦波形的反电势,适合采用正弦波电流驱动。基于霍尔位置传感器的磁场定向控制应用于此种电机,具有效率高,转矩脉动小等优点。在电动汽车轮毂电机直接驱动应用中,要求避免出现较大的瞬态转矩以及抑制转矩脉动,通过增加前馈控制可有效抑制瞬态较大的转矩的出现,增加死区补偿可有效改善转矩脉动。试验结果表明,基于前馈和增加死区补偿的磁场定向控制应用在电动汽车永磁无刷轮毂电机控制中具有更好的控制效果,消除了瞬时转矩较大变化引起的不平顺,减小了稳态转矩脉动产生的驾驶室噪声。     

永磁游标轮毂电机设计优化

随着新能源汽车技术不断进步,人们越来越关注驱动系统开发,该系统直接关系到电机对能源利用率,影响到汽车的性能。目前驱动电机主要有交流感应电机,永磁同步电机和开关磁阻电机。而应用最广的为永磁同步电机。永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高等优点,但为进一步提高电机的转矩密度,越来越多学者将磁场调制技术应用于轮毂电机,因此从永磁游标轮毂电机参数设计、定子结构、转子结构等方面进行计算、优化,通过软件模拟分析变化趋势,设计合理的冷却系统,优化电机设计参数。     

电动车轮毂永磁电机实用技术探讨

对电动车轮毂永磁电机应用中的若干关键技术问题,从电机结构、电磁设计、磁体安全、温度监控、运行稳定性、动力品质和驾乘舒适感等方面进行了深入探讨,提出了有工程实用价值和研究指导意义的改进措施和实施方案.     

永磁轮毂电机技术发展综述

电传动技术是车辆实现全电化的重要基础,电驱动系统是电动车辆的动力核心,而轮毂电驱系统是电驱动系统的终极驱动形式,轮毂电机的性能在轮毂电驱系统中具有决定性作用。首先,该文介绍了轮毂电驱系统的结构形式,对不同磁场类型的轮毂电机的优缺点进行了分析;其次,调研了目前市场主流轮毂电机产品的性能参数,为轮毂电机的研发提供参考目标;然后,针对轮毂电机高功率/转矩密度、宽转速运行范围、高运行效率和高可靠性等需求,分别调研了径向磁场、轴向磁场和横向磁场等不同类型的永磁轮毂电机的研究现状;最后,展望了不同磁场类型的永磁轮毂电机的发展方向。     

永磁轮毂电机磁场解析建模

利用谐波建模法提出一种可以在永磁电机研究中考虑导磁材料磁导率为有限值的永磁轮毂电机解析模型,分析了电机的电磁性能。在二维极坐标系下,将电机划分为永磁体、气隙、定子齿/槽、定子齿尖/槽开口四个求解域。在各求解域建立泊松方程和拉普拉斯方程,并联立边界条件求得通解中的谐波系数,从而得出各求解域矢量磁位解析表达式。计算了电机气隙磁感应强度、空载反电动势、输出转矩,通过有限元计算和样机实验验证了解析模型的正确性,并利用该模型研究了极弧系数和槽开口宽度对输出转矩的影响规律。     

永磁方波电机及其控制

提出了一种稀土永磁方波电机及其控制系统。通过采用双极性ＰＷＭ控制，两态电流调节器，电流实时分时反馈和ＬＥＭ器件作为电流检测环节等技术，构成的转速电流双闭环调速系统一与一般同步机或异步电动机调速系统相比，具有动态响应快，控制电路简单的特点，有利于机电一体化技术的实现。     

开绕组永磁复合轮毂电机驱动系统容错控制

针对开绕组永磁复合轮毂(Permanent Magnet Compact In-Wheel,PMCW)电机驱动系统中单开关管开路故障工况,在60°坐标系下,提出了基于双三相四开关逆变器的电压空间矢量调制(SVPWM)重构容错控制策略。该策略采用电压解析模型法进行故障诊断,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开关管故障,依据矢量分解准则,在一个调制周期内,一个逆变器钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,另一个逆变器进行电压矢量合成,两个逆变器交替运行在钳位和矢量合成状态,在不增加额外器件的情况下,实现了开绕组PMCW电机驱动系统单开关管开路故障容错运行,并兼顾了双逆变器之间的功率平衡。仿真和实验验证了该容错控制策略能够实现开绕组PMCW电机驱动系统从开关管故障状态到容错运行的平滑、可靠切换。     

电动汽车用新型模块化聚磁转子永磁电机设计及其对比分析

将轮辐型内置式转子和Halbach永磁阵列结合,并取消转子铁心加强筋,减小漏磁达到高聚磁同时兼顾凸极比,实现高转矩/功率密度和宽调速范围。在保证永磁体用量相同的情况下,建立新型高凸极比聚磁转子和V型转子两种电机模型,针对两者的分段转子拓扑,开展电磁性能对比分析,包括气隙磁密、凸极比、功率以及弱磁扩速能力等。同时,考虑到无转子铁心加强筋会导致转子分段存在结构强度问题,仿真验证新型高凸极比聚磁转子结构在最高转速6000 r/min时给予碳纤维护套保护下转子结构强度的可靠性;分析温度限制下新型高凸极比转子电机的功率输出。另外,对比两种不同电机结构的振动噪声情况。最后,研制一台16极/72槽新型高凸极比转子永磁电机样机,实验验证有限元分析结果的准确性。进一步说明了新型高凸极比转子永磁电机在转矩/功率密度和宽调速运行等方面的性能优势。     

永磁直流直线电机及其控制

介绍了短行程往复运动的永磁直流直线电机的基本结构和行程方程,以及三种典型的应用场合的运行分析,并对各种驱动控制电路进行了分析比较。     

永磁直流直线电机及其控制

介绍了短行程往复运动的永磁直流直线电机的基本结构和行程方程，以及三种典型的应用场合的运行分析，并对各种驱动控制电路进行了分析比较。     

模块化定子永磁风力发电机及其控制

针对海上风能开发和利用,提出和设计了一种新型结构的永磁风力发电机。所提出的电机由多个空间均匀移相的模块化定子永磁发电机(MSPMG)组成,每个MSPMG是独立的单相双凸极电机,每个定子模块包含永磁、齿极和线圈,减小了模块间的磁耦合和线圈互感。通过分析MSPMG的电磁特性和发电原理,基于变分原理推导出MSPMG的最优功率控制策略,利用单相H桥全控整流电路实现了对电枢电流的控制。有限元分析证明MSPMG各个模块间的磁路耦合很小,运行状态相互独立,因此该电机具有很强的容错运行能力。基于软件仿真证实了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。     

新型模块化多电平变换器电容电压控制

模块化多电平变换器MMC通过子模块叠加可输出任意电平,根据拓扑结构和工作原理,提出了电压控制的MMC,它由向量控制器实现三相静止坐标(即abc坐标)向两相同步旋转坐标(即dq坐标)的变换,dq坐标控制整流器的交直流侧电压和无功功率控制.通过PSCAD/EMTDC仿真软件和搭建实验平台对所提出的控制策略进行了验证.     

机场摆渡车用永磁轮毂电机性能优化

针对目前航空地面特种车辆的电动化,设计出机场摆渡车用永磁同步轮毂电机。首先给出永磁同步轮毂电机基本尺寸和基本参数,其次利用有限元软件对电机空载特性进行仿真计算,分析气隙长度和永磁体厚度、极弧系数对轮毂电机性能的影响。最后综合分析结构参数的改变对齿槽转矩和反电势的影响,确定电机最优结构尺寸。     

基于宽速滑模观测器的新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制

研究了一种基于宽速滑模观测器的新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制方法,解决了传统直接转矩中转矩和磁链脉动大以及电机运行于空载或突加负载时直轴电流分量较大等问题;并解决了传统滑模观测器相位延迟的问题,有效改善系统抖振并提高了低速时转子位置估算精度。建立新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制调速系统并进行仿真和实验测试。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

电动车轮毂永磁电机SPWM矢量控制系统研究

对轮毂永磁电机矢量控制系统展开了研究。电机控制系统采用霍尔位置传感器跟踪永磁电机磁链,经矢量坐标变换后应用SPWM技术对电流进行控制。针对传统SPWM技术直流电压利用率低的缺点,采用了一种注入3次谐波为三角波的SPWM控制技术,以提高直流电压的利用率,从而提高电机的输出效率;采用该方法,也容易实现控制算法的设计。     

永磁轮毂电机三维磁热耦合分析

电动汽车用轮毂电机要满足高功率密度和高转矩密度等要求,因此轮毂电机的电磁场和温度场分析对于轮毂电机的设计至关重要。本文以一台采用分数槽绕组永磁体表贴式结构的轮毂电机为分析样机,根据电机学原理对其绕组磁动势进行谐波分析。分别建立轮毂电机电磁场和温度场的数学模型,通过有限元分析软件进行磁热性能耦合仿真,并进行实验验证。     

球磨机模块化直驱永磁电机设计

针对无齿轮球磨机直驱永磁电机体积过大带来的制造、运输、装配及维护困难等问题,采用去除线圈绕组实现低速大功率直驱永磁电机结构的模块化,使电机实现模块化制作、运输、安装,增强了电机的制造灵活性、运行可靠性、可维护性。阐述了模块化直驱永磁电机的结构,并对其去除线圈绕组进行了分析,总结了设计方法。在此基础上设计制造了一台样机,采用有限元方法进行了仿真分析,最后搭建实验台进行了实验。仿真结果和实验结果都验证了所提结构和设计方法的合理性。     

新型绕组开路型永磁电机共模电压抑制技术研究

针对电动汽车用新型绕组开路型永磁电机调速系统中,由于共模电压而引起的零序电流和峰值电流等问题,提出一种基于矢量控制的新型绕组开路型永磁电机共模电压(common-mode voltage,CMV)抑制技术。将一台永磁同步电机定子绕组两端开路,再分别连接一个标准的两电平电压型逆变器,这样可以等效为三电平逆变器驱动;通过选择基本电压空间矢量来抑制由双逆变器结构产生的共模电压,从而消除定子电流中的零序电流分量;最后通过仿真和实验验证该方案的可行性;结果表明,借助于永磁电机的绕组开路结构,该新型绕组开路型电机调速系统可有效地抑制共模电压,不仅定子电流纹波含量小,转速稳定,而且具有良好的稳态运行性能。     

基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制

针对永磁同步电机转矩闭环控制系统中动态耦合项和反电动势项引发弱动态性能的问题,提出一种基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制方法。首先,基于永磁同步电机模型建立新型电压控制律,保证转矩闭环控制系统的稳定性。其次,利用速度估值与滑模面的函数关系,设计自适应速度观测器,对d、q轴耦合项和反电动势项进行补偿,同时实现系统的速度闭环控制。在此基础上,引入含sigmoid非线性光滑函数的滑模面,构造滑模补偿控制策略,实现控制律在整个运动过程中对参数摄动和外扰动的鲁棒性。最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型和由TMS320F28335控制的400 W永磁同步电机的实验平台。仿真和实验结果表明所提控制方法具有转矩和电流波动小、响应快和鲁棒性强的特性。