轴向磁场磁通切换型永磁电机齿槽转矩抑制

轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet Machine,AFFSPM)电机是一种高功率密度、高效率的新型永磁电机,但由于其定、转子的双凸极结构引起的聚磁效应,同传统的永磁电机相比,该结构电机的齿槽转矩较大。为了减小齿槽转矩,进一步提高电机性能,本文对AFFSPM电机的齿槽转矩进行了分析,首先推导了齿槽转矩的解析表达式,然后对转子齿面开辅助槽法进行了研究,采用实验设计(DOE)方法得到了齿槽转矩与辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角之间的数学模型,计算出使齿槽转矩最小的辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角的最优组合,并通过三维有限元法(FEM)验证了所得结果的正确性。结果表明,转子齿开辅助槽可以有效地削减齿槽转矩,转子齿面开两个辅助槽,优化辅助槽口宽度、槽口深度和槽口形状为3°、1.79mm和1.62°,齿槽转矩最大可以减小约44.3%。     

轴向磁场磁通切换永磁电机定子结构参数优化

轴向磁场磁通切换永磁（Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet,AFFSPM）电机是一种新型的盘式双凸极电机。以一台三相12/10极AFFSPM电机为例,在介绍其结构特点的基础上,采用全场域三维有限元分析方法,综合考虑感应电势和齿槽转矩两个方面,对该电机定子结构参数,包括定子齿宽、槽口宽及永磁体磁化厚度进行优化。对AFFSPM电机的进一步研究具有重要的实际意义。     

轴向磁场磁通切换永磁电机单位功率因数控制

轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机是一种定子永磁型双凸极电机,它结合了磁通切换电机与永磁电机的优点,且轴向长度短,转子结构简单,功率密度高,非常适合用于电动汽车与风力发电系统。本文推导了AFFSPM电机的数学模型,建立了AFFSPM电机驱动系统。针对AFFSPM电机id=0控制和最大转矩电流比(MTPA)控制策略存在功率因数降低的问题,本文以提高功率因数为目标,采用一种单位功率因数控制策略对AFFSPM电机进行了研究。仿真与实验结果表明,单位功率因数控制策略基本能够将AFFSPM电机功率因数调节到所需范围。     

基于有限元方法的双定子永磁同步电机齿槽转矩研究

永磁电机不通电时永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起低速永磁电机起动困难.为了有效地削弱低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究基础上,建立了低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的一些因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为电机最优设计提供重要依据.     

基于磁场调制原理的齿槽转矩研究

永磁电机的齿槽转矩会引起电机转矩波动,降低电机控制精度。如何降低齿槽转矩一直是永磁电机领域研究的热点之一。传统齿槽转矩解析方法通常基于能量法。该文将能量法和磁场调制理论相结合,提出一种新的永磁电机齿槽转矩分析方法,对齿槽转矩的产生机理进行解释,并对齿槽转矩表达式进行推导,证明齿槽转矩是若干调制磁场相互作用的结果。通过对齿槽转矩分量表达式进行分析得出,要产生任意齿槽转矩分量,谐波永磁磁场和谐波气隙磁导需要满足的周期约束关系。之后对整数槽绕组电机和分数槽绕组电机进行有限元仿真,研究不同极槽配合下的电机齿槽转矩,以及气隙各次谐波磁场幅值随转子转动的变化规律,并对理论推导进行了验证。该文介绍的齿槽转矩分析方法为抑制永磁电机的齿槽转矩提供了设计思路。     

基于有限元方法的双定子永磁同步发电机齿槽转矩研究

永磁电机不通电时永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起永磁电机低速起动困难。为了有效地削弱双定子低速稀土永磁同步发电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究的基础上,建立了双定子低速稀土永磁同步发电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为发电机最优设计提供重要依据。     

永磁电机齿槽转矩综合抑制方法研究现状及展望

由于永磁电机固有的结构特点,存在齿槽转矩,影响电机的低速性能和高精度定位.系统阐述了永磁电机齿槽转矩的研究现状,分析了齿槽转矩的产生机理和分析计算方法,归纳总结了齿槽转矩抑制方法,深入分析了各种方法的优缺点和适用场合,最后展望了永磁电机齿槽转矩的研究重点、难点以及研究方向.     

轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统建模及仿真研究

提出了一种新型结构的6/13极定子模块式轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机。该电机具有结构紧凑、转矩密度大、效率高和容错性能强等特点。分析了AFFSPM电机结构和工作原理,推导了AFFSPM电机的数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了AFFSPM电机控制系统仿真模型,分别对滑模速度控制和比例谐振控制的控制策略进行仿真研究,分析对比AFFSPM电机的转速、转矩和三相电流的波形。仿真结果表明,与比例谐振控制策略相比而言,滑模控制策略下该新型AFFSPM电机控制系统具有较好的静态和动态性能。     

永磁发电机齿槽转矩及电机性能研究

本文对一台永磁发电机在各种参数下的齿槽转矩及电机性能进行了研究.齿槽转矩作为永磁电机重要的指标之一,直接影响电机性能.分析电机齿槽转矩的表达式,采用等效磁路法设计一台汽车用表面式永磁同步发电机,并采用二维有限元法得到该电机的齿槽转矩.通过改变极弧系数、气隙长度、永磁体形状以及永磁体分段数等不同参数,得到永磁发电机的齿槽转矩波形以及电机相关性能参数.为永磁电机的优化设计提供依据和参考.     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

内置式永磁电机齿槽转矩的分析研究

内置式永磁电机因其高转矩及能量密度,在许多高性能装置中得到广泛应用.但永磁电机结构的特殊性,转子永磁体和定子齿槽之间相互作用产生的齿槽转矩会引起振动和噪声,同时齿槽转矩会降低速度和位置控制系统的低速时的性能.研究了一种内置式结构永磁电机的齿槽转矩,其转子磁极永磁体分段.根据分析可知,在相同的等级及尺寸条件下,永磁体分段的内置式永磁电机(SIPMM)比传统非分段内置式永磁电机(IPMM)的齿槽转矩低得多,然后利用有限元软件Maxwell 2D计算分析比较了SIPMM与IPMM的齿槽转矩.此外,还分析了两种不同转子结构的内置式永磁电机的齿槽转矩情况.     

Influence of magnet shaping on cogging torque of surface‐mounted PM machines

In the presented work, influence of magnet shaping on cogging torque of surface‐mounted Permanent Magnet (PM) machines is investigated. The considered PM shape for the magnet shaping is the loaf‐shape PM with off‐set arcs. For the first time, based on the solution of the Poissons's equation, an analytical model is provided to predict the magnetic flux density of the slotted‐armature and surface‐mounted PM machines with the loaf‐shape PM. The influence of the slotted armature on the magnetic flux density is taken into account by considering the slot virtual surface currents. The geometry of the loaf‐shape PM is formulated and optimized to reach a design with a low value of the cogging torque. The machine cogging torque is computed by the Maxwell stress tensor. The obtained analytical model is used as the computational tool to find the dependence of the machine cogging torque on the PM geometry. Finally, the validity of the obtained results is verified by finite element analysis. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

自起动永磁同步电动机齿槽转矩的研究

永磁电机中永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起电机振动和噪声.该文提出了一种针对自起动永磁同步电动机的解析分析方法,得到了齿槽转矩的解析表达式.基于所导出的表达式,根据产生机理的不同,将齿槽转矩各分量分为4类,对各类齿槽转矩的特点进行了分析,并研究了斜槽对各类齿槽转矩的影响,研究表明：与表面式永磁电机不同的是,在自起动永磁同步电动机中采用斜槽的方法不能消除所有的齿槽转矩.     

基于有限元的双定子永磁同步电机齿槽转矩研究

为有效地削弱低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究基础上,建立了低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的一些因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为电机最优设计提供重要依据。     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.     

一种新型弧形磁场调制永磁电机的设计与分析

弧形永磁电机广泛应用于特种制造、机械臂、雷达系统、天文望远镜等需要在特定角位移内往复运行的高精度场合,弧形永磁电机的转矩波动与转矩密度往往决定着整个系统的成败。为了在不牺牲转矩密度的同时降低转矩波动,提出一种新型弧形磁场调制永磁电机拓扑结构。针对这种新型结构,首先介绍了其运行原理及优化设计方法,并与传统的弧形永磁电机进行了性能对比。结果表明,文中提出的新型弧形磁场调制电机转矩密度更高、转矩波动更小,同时结构复杂度基本不增加,因此在下一代高精度运行场合中应用前景良好。     

Cogging Torque Reduction in Permanent Magnet Machines

This paper examines two methods - magnet shifting and optimizing the magnet pole arc - for reducing cogging torque in permanent magnet machines. The methods were applied to existing machine designs and their performance was calculated using finite-element analysis (FEA). Prototypes of the machine designs were constructed and experimental results obtained. It is shown that the FEA predicted the cogging torque to be nearly eliminated using the two methods. However, there was some residual cogging in the prototypes due to manufacturing difficulties. In both methods, the back electromotive force was improved by reducing harmonics while preserving the magnitude.     

考虑定位力矩补偿的磁通切换永磁电机模型预测转矩控制方法

为了减小定位力矩对磁通切换永磁(FSPM)电机性能的影响,提出了一种考虑定位力矩补偿功能的模型预测转矩控制(MPTC)方法。通过有限元分析获得FSPM电机定位力矩主要谐波的数学表达式,根据补偿控制理论,构建能够抵消定位力矩的补偿转矩模型。基于MPTC原理,利用补偿转矩模型、预测转矩模型和预测磁链模型共同设计价值函数,以获得最优开关状态。所提控制方法不但能实现定位力矩补偿和转矩脉动抑制,还具有较好的动态性能,并且适用于一般的永磁同步电机。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。