混合励磁分块转子磁通切换电机电磁特性分析

为了提高电励磁转子分块式磁通切换电机转矩密度和功率密度,提出一种混合励磁分块转子磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入径向充磁的永磁体,提高了电机的转矩密度和功率密度。介绍了电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计。通过有限元仿真得出静态永磁磁场分布、永磁磁链、反电势和定位力矩。与典型混合励磁磁通切换电机的调磁磁性能进行对比研究。有限元仿真结果表明:混合励磁分块转子磁通切换电机具有高转矩密度、高功率密度、强容错能力、强调磁能力,适合用于启动发电系统。     

轴向磁通线圈辅助定子励磁双凸极无刷直流电机及转矩脉动抑制方法

传统永磁无刷直流电机(brushless direct current motor,BLDCM)无法控制永磁磁通量及永磁体固有缺陷,限制了其在许多高科技领域中的应用。该文提出新型双凸极无永磁BLDCM。突破传统结构原理,用轴向线圈磁场辅助径向定子励磁,取消永磁材料特性制约。线圈辅助定子励磁电机更高输出转矩特性可通过提高气隙磁通及电枢绕组的电流实现。用有限元软件进行数值分析并验证其准确性和有效性;基于该电机的特殊结构和电感模型,搭建联合仿真模型,用三相六状态角度导通方式,增加输出转矩,减小转矩脉动;根据辅助励磁线圈调磁特性,进行励磁线圈和电枢绕组混合之励磁电流-转矩控制。实验验证新型结构电机样机及控制方法的可行性和有效性。     

一种新型定子分区式混合励磁电机的设计与分析（英文）

由于永磁体、励磁绕组和电枢绕组均置于唯一的定子上,传统定子励磁型混合励磁电机的转矩密度受到了限制。提出一种具有更高转矩密度的新型定子分区式混合励磁电机。在该电机中,励磁源(永磁体、励磁绕组)和电枢绕组被分别置于两个定子区域,而转子由调制块组成。从弱磁能力、转矩提升能力和纯永磁转矩三方面综合考虑,设计了电机的尺寸参数,并分析了电机的电磁性能。通过在内区定子上引入磁桥,所提出的定子分区式混合励磁电机的弱磁能力可从12.8%增强到79.4%,而转矩提升能力可从12.1%增强到79.1%。制作了一台样机,在样机上测试了空载反电势和静态转矩,实验结果与有限元分析结果吻合。     

定子永磁式双转子电机电磁性能分析

为了提高双转子电机的转矩密度,实现其应用于混合动力汽车驱动系统的小型轻量化和平稳运行的需求,提出一种三相12/22/12极定子永磁式磁通切换双转子电机结构,其绕组和永磁体均位于外定子和内转子上,外转子上无绕组和永磁体,避免了外转子的冷却问题。对定子永磁式磁通切换双转子电机的拓扑结构及工作原理进行了介绍,采用有限元方法对电机磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、空载反电动势、电感及转矩等电磁性能进行了分析。研究结果表明,提出的定子永磁式磁通切换双转子电机结构具有内外电机磁场耦合小、空载反电动势正弦性好、转矩密度大、转矩脉动小的特点,并通过原理样机实验结果验证了电机设计的有效性。     

混合励磁交替极永磁电机多谐波调磁技术研究EI北大核心CSCD

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet vernier machine,HE-CPPMVM)。该电机的转子采用CPPM结构,定子齿上同时绕有集中电枢绕组和直流励磁绕组。无励磁电流时,旋转的永磁场经定子齿的调制后与电枢反应谐波相互作用实现机电能量转换;施加励磁电流时,定子励磁绕组通电后可产生静止励磁磁场,经CPPM转子凸极铁芯调制后与电枢反应谐波相互作用可灵活调节电机磁场。该文介绍该电机的结构特征,建立交替极永磁场、励磁磁场和定转子磁导模型,阐述工作谐波特性,揭示其多谐波工作调磁原理。加工原理样机并进行测试,验证调磁原理的有效性。     

弱磁型混合励磁磁通切换电机的结构与原理分析

针对永磁磁通切换电机的调磁难问题,提出一种H型混合励磁磁通切换电机。励磁绕组位于H型定子铁心单元的中间轭部,继承了永磁磁通切换电机的优点。介绍了电机的结构与工作原理,特别地对比讨论了磁路饱和时的调磁现象。从励磁磁通路径出发,分析了不同转子极数对电机弱磁能力的影响。有限元分析结果表明:该电机不仅继承了永磁磁通切换电机的优点,而且具有较强的弱磁能力,能够获得较高的定子磁链,无需额外铜耗就可获得最大的输出功率。     

一种交替极切向励磁游标永磁电机的分析与设计

提出一种新型带连接桥交替极切向励磁的游标永磁电机用以提升高极比(转子极对数与定子绕组极对数之比)切向励磁游标永磁电机的转矩密度。新型拓扑转子轭部表面均匀分布多个"h"形由连接桥和主齿组成的转子齿,切向励磁的永磁体插入转子齿中。连接桥为主磁场提供磁通路径,避免主磁通以"之"字形来回穿梭在气隙中,还可以减小气隙磁阻,削弱磁障效应,从而增大气隙磁通密度,提升电机的反电动势和转矩密度。此外,新型拓扑永磁体极性相同,磁钢用量减少一半,降低了电机成本。该文首先说明磁障效应产生的原因并介绍新型电机拓扑结构和工作原理;然后分析主要参数对转矩性能的影响;最后通过有限元仿真对比传统拓扑和新型拓扑电磁性能,结果表明,在相同体积与热负荷下,新型拓扑具有更高的转矩密度和更低的磁钢用量。     

并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统功率角线性控制策略

研究并实现了并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统。所提并列式混合励磁磁通切换电机拓扑在实现优良的磁场调节能力和故障灭磁能力的同时,避免了永磁体的短路和退磁。针对传统"调磁调压"控制策略动态能力差、电流谐波大以及直接转矩控制静态性能一般的不足,提出了功率角线性控制算法。该算法通过建立转矩与功率角的直接线性关系,在无电枢电流闭环环节的条件下,实现对功率角的直接线性调节,同时研究了能提高恒功率区域转矩输出能力的励磁电流调节方法。搭建了并列式混合励磁磁通切换电机直流发电系统实验平台,进行对比实验。实验结果表明,与直接转矩控制算法相比,采用功率角线性控制算法后电机转矩脉动、磁链纹波以及电流谐波含量均减小了,且采用该控制方法后,电机的动态性能良好。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性

提出一种混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机,以一台12/11极电机为例分析电机的结构特点和工作原理。基于三维有限元方法研究该电机静态特性,对空载永磁磁场和气隙磁通密度进行分析,研究永磁磁链、反电动势、定位力矩及绕组电感等电磁特性,分析不同励磁电流下的气隙磁场分布和调磁特性。结果表明:该种电机的磁链和反电动势均为双极性的正弦分布,适于无刷交流运行场合;通过调节励磁电流,线圈匝链磁通变化明显,调磁效果较好。     

轴向磁通切换型混合励磁同步电机优化分析

提出一种定子分割式轴向磁通切换型混合励磁同步电机,分析电机的电磁特性,进行优化分析。基于三维有限元方法,建立电机的有限元分析模型,获得电枢绕组磁链、空载电动势及绕组电感等参数电磁特性;分析定子槽口宽度、永磁体宽度、定子槽深度及转子齿宽度变化对绕组感应电动势的影响规律。有限元分析结果表明:通过调节励磁电流,线圈磁通变化明显,调磁效果较好;优化分析结果为电机尺寸的确定提供了一定的理论依据。     

新型双定子双凸极可变磁通记忆电机设计与性能比较

结合双凸极结构、双定子和混合永磁体的特点,提出了三种新型双定子双凸极可变磁通记忆电机(DS-DSVFMM)。通过采用高矫顽力和低矫顽力两组永磁体,实现了电机的高转矩密度和在线调磁功能。为了充分利用电机的内部空间,高矫顽力和低矫顽力永磁体以及调磁绕组都被放置在内定子中。建立该电机的简化等效磁路模型,并分析其磁通调节原理和特性;对三种不同结构DS-DSVFMM的调磁能力、负载转矩和抗退磁性能进行了研究和比较。对T形DS-DSVFMM进行加工和测试,并通过实验验证了该电机结构及其有限元分析的正确性。     

新型电励磁磁通切换电机励磁绕组结构分析

励磁绕组连接方式对电励磁磁通切换电机电磁特性影响很大。对所提出的2种新型电励磁磁通切换电机,分析了其工作模式和“磁通切换原理”,利用有限元分析方法比较了2种电机的电磁特性：定子磁链、反电势、气隙磁密、定位力矩、电磁转矩、转矩密度。重点比较了励磁绕组连接方式对电机漏磁和功率密度的影响。结果表明,电励磁磁通切换电机具有较高正弦度的双极性磁链和全周期工作模式,适合运行在无刷交流场合。拓扑2具有更小的漏磁和更高的励磁电流利用率,其转矩密度为拓扑1的2倍。分析结果为所提出电励磁磁通切换电机在航空起动／发电机系统、风力发电系统等领域的应用提供了理论背景。     

定子混合励磁开关磁链电机调磁能力优化及比较

通过对两种12/10混合励磁开关磁链(HESFPM)电机的比较,研究了不同定子结构混合励磁电机的调磁性能。第一种混合励磁开关磁链电机(HESFPM-1)选择直流励磁绕组来代替部分永磁体,而第二种电机(HESFPM-2)将直流励磁绕组放置在传统的开关磁链电机的定子轭部。HESFPM-2电机的直流励磁绕组槽面积更大,该电机具有更好的弱磁和增磁能力。在电机设计中,HESFPM-2电机的槽面积比具有较宽的范围,因此电机设计更加灵活。比较了两种混合励磁开关磁链电机在不同永磁体长度、宽度以及定子齿宽下,电机的转矩和调磁性能。通过有限元分析和实验样机对HESFPM-2电机的调磁性能进行了验证,结果表明,有限元仿真结果与实验结果有较好的一致性。     

基于分区控制策略的混合励磁双凸极电机控制系统研究

混合励磁电机在保留永磁电机许多优点的同时,能克服永磁电机气隙磁场难于调节的缺点。当前,对混合励磁电机的研究主要集中在混合励磁的原理分析、电机基础理论分析等方面,而对电机的控制策略、调速方法等方面的研究相对较少。混合励磁双凸极电机是一种磁通可控的定子永磁型双凸极电机,根据该电机的运行原理建立了采取分区控制策略,实现调压、调磁、调速之间动态、协调控制的Matlab仿真控制系统。仿真结果表明:采用分区控制策略,增磁时可以提高系统的响应速度,弱磁时可以有效拓宽电机的调速范围,从而能满足在电动汽车等需宽调速范围的应用场合。     

分块转子磁通切换电机绕组理论及谐波特性的研究

从分块转子磁通切换电机结构特点出发,制定分块转子磁通切换电机的线圈绕组分布图和线圈电动势星形图的画法,基于此提出任意相分块转子磁通切换电机的相带划分方法,并通过有限元仿真验证了该相带划分方法的正确性,分析分块转子磁通切换电机单线圈谐波特性,基于该文制定的线圈电动势星形图,推导出适用于任意相分块转子磁通切换电机相绕组无偶数次谐波的齿极配合判据,通过有限元仿真验证了该判据的有效性。基于上述研究成果,研制了一台三相12/7电励磁分块转子磁通切换电机原理样机,实验验证了该文提出的分块转子磁通切换电机绕组相带划分法和无偶数次谐波齿极配合判据的正确性。     

双定子混合励磁磁通切换电机及其电磁性能分析

提出了一种带有导磁桥的双定子混合励磁磁通切换(DS-HEFS)电机。通过建立混合励磁电机数学模型,分析了混合励磁电机的优势所在;并通过建立等效磁路模型,总结了具有或不具有导磁桥的两种DS-HEFS电机特性。基于二维有限元分析,对DS-HEFS的电磁性能进行了评估,结果表明,其不仅具有优异的磁场调节能力,而且还具有更高的输出转矩。     

双边永磁励磁游标电机运行原理及电磁特性仿真研究

为了进一步提高电机的功率密度和转矩密度,以满足直驱系统低速、大转矩的运行工况,提出一种新型双边永磁励磁游标(DPMEV)电机。该电机定子和转子上均放置有永磁体,利用定、转子齿对气隙磁导的双向调制作用,将两组永磁体产生的永磁磁场调制成少极数、高转速的有效谐波磁场,并根据有效谐波磁场设计电枢绕组,从而使定、转子上两组永磁体同时与电枢绕组耦合。介绍了DPMEV电机的拓扑结构。基于等效磁路法,对该电机的气隙磁通密度进行了分析,表明该电机可利用气隙磁导的双向调制作用,实现电机功率密度和转矩密度的有效提高。在深入分析电机工作原理的基础上,通过有限元法对DPMEV电机进行了计算和分析,验证了该电机具有适用于直驱系统的高功率密度和高转矩密度特性。     

绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析

多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电机通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势。基波磁动势协同这些谐波磁动势与转子上复合线圈绕组相互作用来降低起动电流和增大起动转矩,进而改善电机的起动性能。该文通过详细的推导建立该电机的定子绕组磁动势数学模型,分析该电机在起动时磁动势谐波含量;分析转子绕组的磁场调制机理及工作特点,并对该电机在起动时的等效电路以及气隙磁通密度进行分析以研究其起动性能。仿真和试验结果表明,采用多谐波联合起动方式使电机的起动电流降低,起动转矩增大,并且使得电机具有良好的起动性能。     

双定子多励磁源磁通切换电机的电磁特性与机械性能分析

针对传统磁通切换永磁电机稀土材料用量高、永磁磁场调节困难的问题,提出了新型的C-core(C型铁心)式和E-core(E型铁心)式双定子多励磁源磁通切换(Dual-Stator Multi-Excitation Flux-Switching Permanent Magnet, DSME-FSPM)电机结构,分析了该类DSME-FSPM电机的结构特点及其工作原理,比较两种电机的空载特性、转矩能力、抗退磁能力以及电机调磁性能,并分析DSME-FSPM电机转子结构的离心应力与最大形变等机械性能。研究表明,C-core式DSME-FSPM电机具有较好的电磁性能与调磁性能,稳定性强,具有电动汽车驱动领域的潜在应用价值。     

基于组合算法的混合励磁磁通切换电机最大转矩铜耗比控制

混合励磁磁通切换电机(HEFSM)具有永磁磁通切换电机和混合励磁同步电机的优点,通过调节励磁电流实现了调节气隙磁场的目的,这类电机在工业界尤其是电动汽车领域有着广泛的应用前景.该文提出一种针对HEFSM全速范围的优化最大转矩铜耗比(MRTC)控制策略.在低速恒转矩区域,采用优化的励磁电流来提高带负载能力,使铜耗最小,相...