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。     

电动车用内置式永磁电机(PMSM)设计（英文）

永磁同步电机因其具有高功率密度和高效率,因此被广泛作为电动车(EV)驱动系统的主流电机选项。本文首先分析了三种使用相同体积永磁材料的车用内置式永磁电机的性能,使用有限元分析软件对比分析了这三种电机的空载反电势,转矩特性,以及直轴、交轴电感特性和抗去磁能力;针对电动车用V型内置式永磁电机本文进一步分析了其电感和转矩脉动性能。最后本文进行了样机制造和空载实验以验证有限元仿真模型的正确性。     

永磁同步电动机电枢电感及弱磁运行特性的分析计算

永磁同步电动机以其优异的特性在新能源汽车中得到广泛应用。当一款电机的基本参数确定以后,如何利用这些参数来求取电机空载反电势、交直轴电感、弱磁运行特性,针对该问题,利用有限元分析软件对一台电机进行了详细分析,得到了电机的上述参数,为该类电机的相关分析提供了参考。     

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。     

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。     

反凸极永磁同步电机弱磁特性分析

提出一种新型反凸极永磁同步电机,利用转子永磁体分段磁桥和调整铁心为直轴磁通提供路径从而实现直轴电感大于交轴电感。低速运行时采取正值的直轴电流控制产生正值的磁阻转矩,同时正向电流可有效提高永磁体的工作点。高转速运行电机可以使用相对较小的直轴弱磁电流来削弱气隙磁通,实现弱磁升速,有效扩大电机的弱磁范围。建立新型反凸极永磁同步电机的直交轴磁路模型,分析新型反凸极永磁同步电机电磁转矩特性和弱磁特性,并进行有限元分析。理论分析结果与仿真计算分析结果相吻合,验证了反凸极永磁同步电机弱磁的有效性和可行性。     

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。     

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。     

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。     

永磁同步电机参数自动辨识方法

矢量控制永磁同步电机因性能优越在伺服系统中的应用越来越广泛,对电机参数进行准确的辨识是实现精准控制的前提。针对传统测量永磁同步电机参数通常采用特定的仪器需手工完成在线调整困难的缺陷,提出一种在线自动辨识永磁同步电机参数的方法。提出的方法通过控制器产生一组测试信号自动测量电机的定子电阻、交直轴电感、反电势常数、转矩系数、摩擦系数和转动惯量。理论分析和实验表明:和传统方法相比,提出方法自动化程度高,辨识的所有参数误差都在10%以内。     

双转子永磁电机电感参数、永磁电势及齿槽转矩

双转子永磁电机是一种具有高转矩密度、高运行效率的新型永磁电机.本文对该电机的电感参数及永磁电势进行了分析计算,研究了该种电机独特的降低齿槽转矩的方法.针对电感参数和永磁电势,首先采用解析法,在考虑组成双转子永磁电机的内外转子电机直轴不一致情况下,推导出了该电机电感参数及绕组感应电势的计算公式;然后采用电磁场的有限元法及样机试验对所计算的电感及电势进行了验证.结果表明,解析值、电磁场的有限元计算值及试验值三者吻合很好.     

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.     

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。     

表贴式永磁同步电机的多参数在线辨识

针对表贴式永磁同步电机的多参数辨识,提出一种基于模型参考自适应理论的在线辨识方法,可在同一模型中对定子电阻、交直轴电感和永磁体磁链进行辨识。该方法借助Popov超稳定理论设计自适应律,保证了特定条件下辨识的收敛性,同时采用分步辨识,克服多参数辨识的欠秩问题,保证了辨识结果的唯一性,从而实现多参数辨识。分步辨识首先利用电机q轴电流方程估算出交直轴电感,之后对d轴注入一个小电流值,利用已获得的电感值辨识出定子电阻和转子磁链,同时所辨识出的磁链可进一步用来在线估算定子电阻值的变化。仿真和实验结果表明,该方法可以在同一模型中准确辨识出电机的多个参数,且无需考虑电机的运行状态,具有实用性。     

内嵌式永磁同步电动机电感参数特性的研究

首先推导交直轴电流和定子三相电流对应关系的表达式,在此基础上,研究了计及铁心饱和和交叉影响对永磁电机电感的影响。以一台380 V、22 k W的内嵌式永磁同步电动机(IPMSM)为例,在Ansoft/Maxwell环境下建立有限元模型,采用冻结磁导率法(FPM)仿真分析得出定子电枢绕组只通交轴电流、只通直轴电流和交直轴电流均存在时电机交直轴电感随定子电流和转子位置角的变化规律。为进一步研究分析永磁电机提供理论基础。     

粘着控制中的交流永磁同步电机调速控制研究

交流永磁同步电机的模型参数辨识精度是影响电机矢量控制方法性能的关键.基于此,在交流永磁同步电机同步旋转坐标系的数学模型下,提出了一种交流永磁同步电机模型参数的辨识方法,采用直轴电流阶跃响应实验同时辨识定子电阻和直轴电感,脉冲电压实验检测交轴电感,速度驱动实验检测转子磁通.在电机模型参数辨识结果的基础上,讨论了基于矢量控制的交流永磁同步电机调速控制系统电流环和速度环的设计方法.在基于TMS320F2812 DSP的电力机车粘着控制实验平台上进行了实验研究.实验结果表明电机模型参数辨识方法的有效性,调速系统具有良好的动态和稳态性能.     

电动车用永磁同步电机的三相短路稳态分析与应用

基于永磁同步电机的d,q坐标系数学模型,对其三相对称短路稳态特性进行了深入的理论推导,给出了三相短路时的转矩-转速特性和电流-转速特性解析表达式,分析了永磁磁链、极对数、直轴电感、交轴电感、定子相电阻等电机本体参数对三相短路特性的交叉影响。结合电动汽车用动力电机产品开发的特殊需求,阐述了三相短路的危害与应用。仿真和试验结果验证了所提分析方法及数学模型的正确性,为电动汽车用永磁同步电机驱动系统的设计提供重要理论指导。     

用于弱磁扩速运行的三相6/5极永磁开关磁链电机的分析与优化设计

介绍了三相6/5极永磁开关磁链电机的结构特点和运行原理,并在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感在电机弱磁扩速中的作用,通过有限元分析研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响。结果表明,该电机的磁链和反电势波形接近正弦,适用于永磁无刷交流电动机的控制方式;电机可通过定转子齿宽搭配来设计相对较大的直轴电感。在上述分析的基础上,对一台电机进行了优化设计,制作了样机,并进行了实验验证。