永磁磁阻电机不同结构下的电磁性能对比分析

传统内转子永磁电机功率密度大、效率高、应用广泛,但存在着调速范围和过载能力相对有限、电机散热较差、永磁体易退磁等缺点,限制了其应用范围.为此,将永磁同步双转子电机中的内转子替换为同步磁阻转子,对原始电机正弦性较差的外气隙磁通密度、内外转矩分别进行了改进,将传统磁极变为Halbach磁极,对8分段的Halbach磁极阵列进行了结构优化,通过傅里叶分析比较了几种不同结构的气隙磁通密度谐波含量,利用参数化扫描,给出了最佳倒圆角半径,此结构也提高了外转矩.将同步磁阻转子改为永磁辅助式同步磁阻转子,对比分析了永磁体在不同放置方式下的内转矩大小,并分别给出了其磁链和电压方程,结果证明这种结构下的内转矩有较大提高.     

电动汽车驱动用内置式永磁同步电机设计与实验研究

针对电动汽车驱动电机既要满足低速区大转矩输出,同时又要满足高速恒功率区宽弱磁调速范围的特殊需求,提出采用V型转子磁路结构的内置式永磁同步电机作为驱动电机;通过对影响这种结构电机运行特性的主要参数理论分析表明:提高内置式永磁同步电机交轴电感Lq参数值,不仅有利于提高电机恒功区弱磁扩速范围,而且同时也满足低速区的大转矩输出要求。同时,采用这种结构设计了30 kw电动汽车驱动用内置式永磁同步电机,结合有限元对样机主要性能进行了电磁场计算;并对样机进行了参数实验、空载实验、负载实验。通过对比分析,样机实验测试结果与设计计算值、电磁场仿真计算结果相吻合,表明所研究V型内置式永磁同步电机结构及提高电机交轴电感Lq参数的设计方法是一种能够满足电动汽车驱动电机输出特性需求的有效方法。     

不同充磁方式的对转永磁电机气隙磁场性能研究

针对磁钢不同充磁方式对电机磁场性能影响不同,在对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach磁体磁化强度分布的基础上,提出一种计算内永磁体转子和外永磁体转子对转电机气隙磁密的解析算法,该算法计算结果与有限元分析结果接近且趋势相同,是一种在电机设计前期预报气隙磁场分布的有效方法;利用解析和有限元相结合的方法研究了充磁方式对两种转子结构对转永磁电机气隙磁场的影响,结果表明外永磁体转子对转电机选择径向充磁能获得趋近方波的气隙磁密和较高的磁密峰值,适合无刷直流电机;内永磁体转子对转电机选择平行充磁可提高气隙磁密的正弦分布和得到较高气隙峰值;Halbach磁体的电机气隙磁密正弦分布程度高,谐波含量小,与平行充磁均适用永磁同步电机。     

磁体阵列式永磁同步电动机磁场与起动性能

为了提高传统表面式永磁同步电动机气隙磁场的正弦程度,降低永磁同步电动机的谐波影响并且使得表面式永磁同步电动机也能具有一定的自起动能力,提出一种分布磁体阵列调制式永磁同步电动机．转子铁芯表面磁极是由若干小磁块阵列构成的,阵列中小磁块的宽度、高度及磁块之间的间隔符合一种调制关系,合理设置转子与磁极的结构和位置,使产生的气隙磁场波形更加接近正弦波.利用调制后磁体阵列间剩余的空间设置起动绕组,产生异步感应电磁转矩,使表面式永磁同步电动机增添自起动功能.ANSOFT仿真分析和样机实验结果具有很好的一致性,说明所提出的改善表面式永磁同步电动机气隙磁场波形正弦化的方法是可行的,证明了自起动新方法和新结构的正确性和有效性.     

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度，采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗，并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明，3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大，合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.     

永磁直线开关磁链电机温度场分析

为分析电机各个部件在运行时的温升状况,合理选择冷却方式,确保电机稳定运行时各个部件工作在正常温升范围内,计算了等效导热系数、气隙等效导热系数、表面散热系数,建立了PMFSLM有限元模型,分析了该类电机运行过程中的温升特点。研究结果表明:PMFSLM速度越低,温度越高;电机温度稳定时,电枢绕组的温度最高,同时出现自轴线中心位置向两端温度逐渐降低的现象,对于该类电机,长期运行时应采用风冷或水冷等措施以降低温升。     

永磁体层数与定子槽数对内置式分数槽集中绕组永磁电机性能的影响分析

为分析不同永磁体层数与定子槽数的作用效果,探究了具有多层永磁体结构的内置式分数槽集中绕组永磁同步电机的性能,设计并制造了9槽10极与18槽10极电机的仿真模型与原型机,采用有限元软件分析了不同永磁体层数与定子槽数对电机输出转矩、齿槽转矩、气隙磁密和齿部磁饱和等电磁特性的影响。理论分析及实验结果均表明,相比于9槽10极,18槽10极电机可以更好地抑制转矩脉动并提升平均输出转矩,同时,双层永磁体电机相比单层永磁体电机具有更优异的性能。     

永磁开关磁链电机弱磁运行的结构与性能

在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感对永磁电机弱磁性能的影响,研究了三相永磁开关磁链电机不同结构下的弱磁扩速能力,并提出了相应的结构设计思路.通过定性的磁路分析和定量的电磁场有限元计算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,并对6/5极和12/10极2种结构电机的运行性能和弱磁能力进行了对比分析.研究表明,在逆变器容量确定的前提下永磁开关磁链电机可以通过定转子齿宽优化来设计较好的运行性能和较大的直轴电感,提高弱磁能力;6/5极和12/10极结构电机都具有良好的扩速能力,但前者较优.通过实验还验证了6/5极结构电机的弱磁扩速能力.     

潜油永磁直线电机单边磁拉力分析与计算

针对圆筒形永磁直线电机的偏心带来极大单边磁拉力、导致动定子之间的摩擦力高达数千牛顿的问题,建立了圆筒形永磁直线电机模型,分析了圆筒形永磁直线电机的结构特点与电机单边磁拉力产生的原因.采用磁路法分析电机偏心时的气隙磁场,利用麦克斯韦张量定理推导出空载下圆筒形永磁直线电机的结构参数和偏心参数与单边磁拉力的关系,并根据推导结果计算出电机单边磁拉力.结果表明,该解析方法具有一定的正确性和准确性.     

新能源车永磁同步电机定子振动分析与结构优化

采用电磁振动联合仿真分析的方法,对新能源车8极48槽永磁同步电机振动进行研究,利用Maxwell电磁分析软件建立电机2D模型,得到引起电机振动的主要来源——径向电磁力的时空变化曲线.利用ANSYS有限元分析软件将计算得到的电磁力作为激励源耦合到电机的定子齿表面进行振动仿真分析,发现定子在受到4 300 Hz的激励频率时,振动加速度幅值明显高于其他频率;利用计算模态分析法求解对电机定子的前8阶模态参数,发现引起定子振动幅值最大处的激励频率恰好与定子第7阶模态频率相近;对定子进行结构优化,结果表明,定子表面加速度幅值明显减小.分析结果可以为后续的电机磁路设计和结构优化设计提供数据参考.     

内置式永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

为抑制永磁同步电机齿槽转矩,减少电机振动与噪声,提出一种定子齿顶开辅助槽与转子外圆偏心的结构来抑制齿槽转矩,提升电机的输出性能.首先建立了定子齿顶开槽前后与主气隙分布函数解析式,分析定子开槽与电机主磁场分布及齿槽转矩的关系,同时分析了转子外圆偏心后对齿槽转矩的影响.以内置3相8极48槽V型永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿顶辅助槽个数、槽宽、槽深、槽位置以及转子外圆偏心距等参数进行优化对比分析,获得最优的参数匹配.结果表明：定子齿顶双矩形对称开槽以及转子外圆偏心的方式能有效改善主气隙磁场分布,抑制电机齿槽转矩,优化后的电机气隙磁密5、11、15、17谐波幅值下降明显,电机齿槽转矩峰值降低了59.6%,反电势波形正弦性增强,平均转矩提升,电机输出性能明显改善.     

转子分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的削弱影响

为了削弱由齿谐波引起的电磁力谐波从而有效抑制电机的电磁噪声,推导转子分段斜极的径向电磁力波的解析式,分析分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的抑制机理,讨论不同斜极分段数与削弱的齿谐波阶次之间的关系. 基于MANATEE仿真平台,对48槽8极永磁同步电机进行不同斜极分段数下的径向电磁力波和电磁噪声仿真分析,得到斜极分段前后主要阶次的径向电磁力谐波在不同斜极分段数下的变化规律,分析分段斜极对电磁噪声的影响. 研究结果表明：当齿谐波阶次为分段数的整数倍时,转子斜极无法削弱该阶齿谐波;当为非整数倍时,该阶次的齿谐波可以得到有效抑制,电磁噪声明显下降. 样机的实测噪声与仿真结果基本吻合,验证了转子分段斜极降低电机噪声的机理及仿真分析的正确性.     

基于场路耦合时步有限元法的高速无轴承永磁同步电机电磁分析

无轴承永磁同步电机气隙磁场谐波关系复杂,难以实现高速悬浮运行.在分析其悬浮控制机理基础上,研究了静态气隙磁场分布,采用傅里叶变换,比较了不同永磁体磁化方式下的气隙磁密和高次谐波,得出永磁体采用分块结构消除高次谐波的实际效果;基于参数化有限元法,计算了悬浮力随悬浮绕组电流变化关系;对于瞬态磁场,采用场路耦合时步有限元法对转速为12 000 r/min,输出功率为4.3 kW的无轴承永磁同步电机进行瞬态分析,计算了定子绕组空载反电动势波形,并验证了无轴承永磁同步电机悬浮控制机理.结合实验数据,验证了理论分析的正确性和有效性.     

永磁同步电机无传感器转速和位置控制方案

根据测量和观测的定子电流、电压和磁链，提出了一种永磁同步电动机无传感器控制方案.对两相定子电压和电流进行测量和离散处理，在静止坐标系中通过计算磁链及其导数来估计转子位置和速度.转子位置角用于控制器中产生定子电流指令控制逆变器的滞环电流控制器.仿真结果证实了这种方法的可行性，该方法适合于从静止到额定转速的闭环控制，同时可消除由于积分导致的磁链漂移问题.     

基于观测器的永磁电机转子位置和速度估计方法

永磁同步电机运动控制系统中，机械传感器的存在使系统的成本增加，可靠性降低，易受外部环境的影响.为了降低系统的成本，提高可靠性，提出了一种无传感器控制方法，将磁链估计法与观测器法相结合，给出了一种基于观测器理论的永磁同步电机转子位置和速度估计方法.转子位置通过对磁链的估计而获得，速度反馈信息则通过一个闭环状态观测器进行估计.仿真和实测结果表明，该方法切实可行，能够可靠地进行转子磁极位置和速度的估算.     

永磁同步电机矢量控制系统研究

无论电机的转速高低和电机参数的大小，都可以通过计算交叉项得到准确的d、q轴电压给定值，从而准确地控制d、q轴电流,提高d、q轴电压控制精度.为此，根据永磁同步电机转子磁场定向的矢量控制理论，在分析传统控制方法存在问题的基础上，提出了一种在d、q轴电压控制方程式中引入交叉耦合项的改进的矢量控制方法,使控制系统在较宽的速度范围内能满足较高的速度控制精度要求，使永磁同步电机伺服系统可实现准确的位置、速度及转矩控制.利用所提出的控制方法，进行系统仿真研究，表明了所提出的控制策略的有效性.     

车用永磁同步电机MT坐标系下DTC控制

针对直接转矩驱动技术在电动汽车动力系统应用中存在的低速转矩脉动和该动力系统对恒功率调速范围要求较高的问题,提出了一种新型永磁同步电机MT坐标系下直接转矩控制系统.该系统工作在与定子磁链同步旋转的参考坐标系中,采用改进式MTPA控制实现参考磁链的计算,利用定子磁链控制器所产生的磁链误差积分实现磁链估算.采用不同的电压矢量对逆变器的电压饱和所产生的磁链估算误差进行补偿,从而提高磁链估算精度.仿真结果表明,该系统有效减小了低速转矩脉动,拓宽了调速范围.     

永磁同步直线电动机直接推力控制系统研究与仿真

首先建立了永磁同步直线电动机的数学模型，并建立整个控制系统的模型，详细介绍一些关键环节的实现方法，并采用MATLAB／SIMULINK对模型进行仿真，通过仿真结果证明了此模型的正确性，表明了直接推力控制策略具有优良的控制性能．     

永磁同步电动机无传感器控制的滑模观测器

提出了一种表面式永磁同步电机无传感器矢量控制自适应滑模观测器.该观测器可以准确估计d、q轴电流,避免了由于转子位置估计带来的时延影响.在保证反电势、电流矢量估计值与各自实际值具有相同延迟角前提下,将估计坐标系下的d、q轴电流反馈给PI控制器产生正确的电压参考信号.采用未经校正的估计转子位置信号完成观测器内的坐标变换，同时采用具有相同时间常数的低通滤波器对估计反电势和电流矢量进行滤波，在此基础上利用估计反电势及其微分实现转子速度与位置估算.仿真结果证实了控制方法的可行性和正确性.     

一种永磁直线同步电机混沌系统的反馈控制方法

针对永磁直线同步电机混沌系统参数不确定的控制问题,基于具有很强非线性映射能力的RBF神经网络,研究一种基于径向基神经网络(RBFNN)的反馈控制方法。该方法以永磁直线同步电机的定子交轴电流、直轴电流以及转速作为控制变量,首先采用RBFNN学习这3个变量所体现出来的混沌动力学特性,然后用训练好的径向基函数神经网络模型反馈控制混沌系统。数值模拟结果表明,提出的算法具有很强的鲁棒性,抗干扰能力强、响应速度快、控制精度高。