双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。     

永磁体分层对内置铁氧体永磁同步电机机电性能影响

为了增大内置式永磁同步电机(IPMSM)磁阻转矩以提升电机的转矩密度,研究了内置铁氧体永磁同步电机转子中不同永磁体分层对电机电磁性能和机械性能的影响。采取相同定子结构以及同等用量铁氧体分别设计和优化3个不同永磁体层数的V型槽内置铁氧体永磁电机。在相同的工作电流下通过单位电流最大转矩的控制方式比较不同永磁体层数下电机的转矩脉动、平均输出转矩及其永磁转矩和磁阻转矩比例。研究分析了铁氧体分层对于电机退磁情况和应力分布的影响。结果表明对于内置铁氧体永磁电机进行永磁体分层可以有效增加磁阻转矩并提升总输出转矩。     

低转矩脉动铁氧体永磁同步磁阻电机设计与分析

铁氧体永磁同步磁阻电机的转矩成分主要为磁阻转矩,其设计特点与钕铁硼永磁同步电机有较大差别。分析了永磁同步磁阻电机的数学模型和转矩脉动来源,并以此为理论依据,对极槽配合、转子磁障结构和等量铁氧体放置方案进行了选择和设计。对得到的转矩脉动较低的两个铁氧体放置方案,对比分析了其相关电磁性能,最终得到的转子结构可兼顾转矩脉动低、功率密度高等优点。     

基于磁链相移原理的不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机设计与分析

传统永磁辅助同步磁阻电机（PMaSynRM）无法充分利用永磁转矩和磁阻转矩,该文提出一种新型不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机（ACP-PMaSynRM）。基于永磁磁链相移原理,将交替极永磁阵列、不对称磁极和磁障相结合,实现永磁转矩和磁阻转矩的最大值在相同电流相位下叠加,不但提高了永磁转矩和磁阻转矩的利用率,增强了电机输出转矩能力,而且减少了永磁体用量。采用有限元法对比分析了传统和新型ACP-PMaSynRM的电磁性能,验证了所提电机拓扑的可行性。最后,制造了一台48槽14极样机并对其进行了实验验证。     

钕铁硼永磁磁阻同步电机及其仿真分析

与钕铁硼永磁同步电机相比,钕铁硼永磁磁阻同步电机磁钢用量明显减少,性价比上升;与铁氧体永磁辅助磁阻同步电机相比,钕铁硼永磁磁阻同步电机转子铁心制造成本有所下降,电机可靠性提高。重点分析了钕铁硼永磁磁阻同步电机的2种典型转子结构,讨论转子结构参数对电机性能和转矩能力的影响,并与钕铁硼永磁同步电机进行了比较分析。仿真数据表明,钕铁硼永磁磁阻同步电机的磁阻转矩利用用率增加,磁钢用量减少,电机性价比提高。仿真数据表明,钕铁硼永磁磁阻同步电机磁阻转矩利用率增加,磁钢用量减少,电机性价比提高。     

永磁/磁阻混合转子双定子同步电机转矩解耦矢量控制

本文介绍了一种新型永磁/磁阻混合转子双定子同步电机。该电机与常规电机相比具有转矩密度高、体积小的优点,非常适合于低速大转矩电力传动系统。本文提出了一种永磁/磁阻混合转子双定子同步电机的矢量控制方法,并提出了一种转矩解耦算法来分配内外定子的输出电磁转矩。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

永磁同步电动机转子优化设计与研究

对内置式永磁同步电动机转子结构进行优化设计,目的是在电势常数受约束的条件下,使得单位电流下的峰值转矩最大。为减少有限元计算工作量,首先求得特定转子位置电枢绕组的直轴与交轴电感,以及空载磁链参数,随后根据dq系统数学模型求得给定电流时的最大转矩和对应的电流相位角,随后在该电流相位角附近用瞬态有限元方法精确计算电机的最大转矩。总结了永磁转矩分量和磁阻转矩分量随转子设计参数的变化规律,最终的优化方案使峰值电流减少了3%。     

低转矩脉动同步磁阻电机磁障形状分析与优化设计

同步磁阻电机因其结构简单、调速范围宽,且无需永磁体励磁,与永磁同步电机相比具有成本低、可靠性高等优势。与此同时,同步磁阻电机存在转矩脉动较大和功率因数较低等缺点。针对同步磁阻电机转矩脉动高的问题,提出一种形状优化方法对同步磁阻电机的转子磁障形状进行优化,以降低其转矩脉动。首先提出分段线性插值方法确定转子磁障的边界,使获得的同步磁阻电机磁障形状具有任意性。然后结合序贯田口法和拟牛顿法对同步磁阻电机进行优化,进而减少优化所需时长。最后以降低转矩脉动和提高平均输出转矩为目标,对同步磁阻电机进行优化,与传统同步磁阻电机对比结果表明,应用所提出方法获得的磁障形状能够有效降低同步磁阻电机的转矩脉动。     

磁通切换型永磁电机转矩脉动抑制

磁通切换型永磁电机（简称磁通切换电机）是定子励磁型电机的一种,由于它在定子和转子上都开槽,因此,加载运行时尤其在低速时具有较大的转矩脉动和振动噪声。在这类电机中,由于交直轴电感几乎相等,因此其磁阻转矩平均值几乎为零,但是,会引起一定的转矩脉动。该文运用冻结磁导率方法,研究了磁通切换电机的磁阻转矩及其引起的转矩脉动产生机理;同时,该文也研究了磁阻转矩随电枢电流和定子绕组结构的变化规律。研究结果显示:在采用id=0控制时,磁阻转矩对输出转矩没有贡献,其平均值几乎为零,只会导致转矩脉动。此外,该文也分析了定、转子分别削角对磁阻转矩的影响规律。研究结果显示,采用转子直角削角和定子圆角削角相结合的方式可以使转矩脉动由25.3%降低到5.3%。     

双定子盘式横向磁通永磁同步电机的原理分析与转矩脉动抑制

小型化是推动伺服电机技术进步的重要研究方向。通过研究提出具有转矩密度高、空间设计灵活优势的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机，实现电机设计的高度集成化，减小电机驱动系统体积。设计一台额定功率5.4 kW、额定转速3 000 r/min的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机，分析电机的主要电磁性能。为减小电机转矩脉动，提出齿极设计参数优化以及不对称定子盘结构两种手段，进一步研究不对称定子盘结构对电机转子结构强度的影响。实验验证了该电机的可行性以及主要性能参数。     

多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

轴向分段式双爪极永磁电机设计与分析

永磁同步电机在高频率工况时,定、转子铁心损耗和永磁体涡流损耗都会增加,使电机温度升高,从而导致绝缘老化、永磁体退磁等。为了解决高频损耗增加的问题,设计了一台定、转子铁心材料均为软磁复合材料的轴向分段式爪极定子、单段式爪极转子的双爪极电机。类似于双凸极结构会出现转矩脉动过大的问题,采用转子磁极偏移和定子斜极相结合的方式降低转矩脉动。最后,对电机的电磁设计和温度分布进行分析,验证设计的合理性。对于爪极参数的选取,研究主要尺寸比、极弧系数、转子磁极偏移距离和定子斜极角度对双爪极电机的气隙磁密、空载反电动势、转矩及转矩脉动的影响。     

大功率永磁辅助同步磁阻牵引电机磁极优化

永磁牵引系统是下一代轨道交通的发展方向,但高速惰行、带速重投和匝间短路等难题阻碍了永磁牵引的应用,永磁辅助同步磁阻电机是解决上述难题的最佳选择。总结了永磁辅助同步磁阻电机的设计方法,设计了3层U型磁障大功率牵引驱动电机,给出了各层磁障对应的极弧系数和磁障张角以及永磁体最佳尺寸比。提出用偏心气隙结合不均匀磁桥对磁极结构进行优化。发现气隙比为1.63时,抑制转矩脉动的效果最佳;而不均匀磁桥不仅可以降低转矩脉动,还使转子的机械强度得到提高。对所设计的380 kW永磁辅助同步磁阻牵引电机的分析表明,所提出的方法可有效地降低转矩脉动。     

U型单相自起动永磁同步电机参数计算与起动特性分析

为了使U型单相永磁同步电机实现自起动,气隙采用非对称形式。文中基于二维有限元法对电机绕组电感、磁链和定位转矩进行了计算。在此基础上,针对所建立的动态数学模型,用龙格库塔法对空载起动过程进行了动态仿真计算,得到该电机电流、转矩和转速曲线。同时讨论了电源合闸角、转子初始相角、磁链和负载转矩对电机转速和旋转方向的影响。本文所论述的工作为该电机的进一步理论研究与优化设计奠定了基础。     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

辅助磁障永磁同步电动机的电磁分析与参数优化

辅助磁障永磁同步电动机既具有永磁同步电动机高功率密度、高效率、高功率因数等优势,又兼具同步磁阻电机的宽调速范围、无高温退磁等优点,在调速驱动领域具有广阔的应用前景。在优化辅助磁障永磁同步电动机磁障形状、周边磁桥形状、磁障层数和永磁体占比的基础上,将其与“一”字型和“V”字型内置式永磁同步电动机进行对比分析,借助二维有限元仿真软件对三种结构的负载转矩、转矩脉动、损耗及效率等运行性能进行全面对比。以减小齿槽转矩有效值、减小空载反电势谐波含量和提高负载转矩有效值为目标对辅助磁障永磁同步电动机进行转子结构优化,对辅助磁障永磁同步电机的推广应用具有一定的参考价值。     

不同转子拓扑对永磁同步电机性能的影响

永磁同步电机因其高功率密度、高转矩密度、高效率等优点,目前已在众多行业领域得到广泛应用,在新能源电动汽车领域尤为突出。永磁同步电机采用不同的转子拓扑结构得到不同的电机性能。采用有限元方法基于Ansoft软件对一款新能源车用永磁同步电机不同转子拓扑结构进行仿真分析。从电机的距角特性、磁阻转矩特性、磁链特性、输出转矩外特性、输出功率外特性、电机性能参数对比表等方面比较不同转子拓扑结构电机的性能特点,分析各种拓扑结构的优缺点,并指出不同转子拓扑结构的适用场合。     

一种新型混合转子双定子同步电机的转矩解耦矢量控制

为了提高低速直驱永磁同步电机的转矩密度,充分利用其内腔空间,本文针对一种新型混合转子双定子同步电机,提出一种适用的矢量控制策略。该种电机的转子一侧采用表贴式永磁转子结构,另一侧采用磁阻转子结构,该种新型混合转子结构同时还解决了传统双定子永磁同步电机成本高的问题。针对该种特殊结构新型电机,本文提出一种转矩解耦矢量控制方法,利用转矩解耦系数实现了内外电机的转矩解耦控制。在Matlab/Simulink仿真环境下,对新型混合转子双定子同步电机及其矢量控制系统进行模型建立和仿真分析。仿真结果验证了所提出电机模型及其控制系统的可行性和正确性,且控制效果理想。