分块开关磁阻电机的研究现状及其新结构构想

分块开关磁阻电机通过分块的定子或转子结构,可获得较短的磁路以减小铁心损耗,圆柱形的转子可缩减风(油)阻,结构和电磁的隔离能增强电机可靠性及容错性.本文对现有的各型分块开关磁阻电机的结构和磁路进行了解析,在此基础上,提出了双极性励磁分块转子开关磁阻电机、环状绕组分块转子开关磁阻电机、C形分块定子开关磁阻电机、E形分块定子...     

一种新型双定子8/3极开关磁阻电机转矩模型

提出了一种新型双定子8/3极开关磁阻电机。在分析其结构和原理的基础上,建立等效磁路模型和磁路分割模型,得到了自感、互感和气隙磁导公式,进而推导出该电机的转矩数学模型。最后利用有限元分析软件,验证了该数学模型的正确性,并对比了双定子8/3极开关磁阻电机与双相励磁8/6极开关磁阻电机在转矩输出特性上的优缺点。结果表明双定子8/3极开关磁阻电机具有更加平稳的输出转矩。     

一种12/10极模块化定子混合励磁开关磁阻电机分析

为了提高传统开关磁阻电机(CSRM)的输出转矩、功率密度,降低电机的转矩脉动,该文提出一种新型的三相12/10极模块化定子混合励磁开关磁阻电机(MHSRM).该电机定子由6个U型定子模块组成,每个U型定子块两极之间的槽口处嵌入永磁体,每个定子块构成独立的磁路,提高了电机的容错性,同时由于永磁体的加入,拥有更大输出转矩和...     

应用组合式磁极以提升弱磁性能的定子无磁轭模块化轴向永磁电机优化设计

为了改善永磁体表贴式定子无磁轭模块化轴向永磁电机弱磁性能,本文提出了一种永磁材料和软磁材料组合式新结构磁极,形成低磁阻磁路,灵活控制磁通,能有效提高定子无磁轭模块化轴向永磁电机的弱磁性能。     

宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机的设计与分析

针对开关磁阻电机存在转矩密度较低、转矩脉动较大的缺点,提出一种新型宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机。该电机采用并行式双定子结构,左右定子盘通过共享一个转子段保持短磁通路径,定子齿极为宽极和窄极交错排列,集中式绕组缠绕在定子宽极上,定子窄极上则不缠绕绕组,仅为磁路提供磁通路径。由于每个槽只放置一相绕组,使得绕组在磁、热和机械上的隔离程度更高,保证了电机的可靠性。该文首先介绍所提电机的拓扑结构和运行原理;根据功率方程设计了部分初始结构参数,利用有限元方法分析了尺寸参数对电机性能的影响,并利用田口算法对选取的4个关键尺寸参数进行了多目标优化,改进了电机性能;然后计算分析了所提电机结构的动、静态性能;最后,制造了样机,实验结果验证了所提电机结构的有效性。     

基于Ansoft的新型开关磁阻电机磁路的有限元分析

针对传统开关磁阻电机的输出转矩脉动较大的情况,改进了电机的结构,提出在定子上加入永磁材料,使得电机成为混合励磁电机。通过励磁绕组来改变永磁材料的磁路,并使得其磁路成为轴向磁路,这样使得磁路更短,同时输出转矩更大。运用有限元分析软件Ansoft对新型开关磁阻电机进行了静态特性分析,着重分析了电枢电流、电枢截面积、气隙宽度、永磁体厚度、永磁材料对电机的转矩的影响。计算出电机转矩脉动随电枢电流和永磁体厚度的变化趋势,得到了电机转矩最大条件下的结构参数,对开关磁阻电机的改进具有一定指导意义。     

一种相间耦合型短磁路开关磁阻电机的研究

提出一种相间耦合型多相短磁路开关磁阻电机,电机转子为铸铝加硅钢片的组合,确保磁通按短磁路闭合,可以提高功率密度,降低铁耗和制造成本,减轻重量,提高散热能力。分析了电机的结构特点,以五相10/8极开关磁阻电机为例,使用有限元法对电机主要性能进行仿真验证,分析了径向力波的谐波成份,并与普通结构开关磁阻电机进行对比,结果表明新型短磁路多相开关磁阻电机在低速或高速运行时均明显提升了平均转矩、功率密度、效率等性能,为高功率密度、高效率电机的设计提供了新思路,具有重要的理论和实用价值。     

12/8极双通道开关磁阻电机非线性数学模型与有限元分析

与传统的12/8极开关磁阻电机不同,双通道开关磁阻电机线圈之间采用一对极绕组反向串联的结构形式,由两套独立的功率电路驱动形成新型的双通道控制系统,该系统能够实现容错控制以提高可靠性.本文在分析双通道开关磁阻电机原理和结构的基础上,建立了电机每个通道绕组的磁路等效数学模型,在一个相周期内对磁路各部分磁导进行了详细分解计算,确定了以磁导表示的磁通矩阵,推导出绕组自感及各相之间互感的计算方法.该模型考虑了电机轭部磁路和材料非线性磁饱和的影响,提高了模型的实用性.有限元分析结果验证了该数学模型的正确性.     

混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机电磁特性分析

针对传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机受内定子尺寸限制,不能产生较大悬浮力的问题,提出一种新型混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机,将电励磁与高性能稀土永磁材料相结合,提高径向承载能力。在分析该电机结构与工作原理的基础上,构建等效磁路并进行分析计算,获得悬浮力计算模型;利用有限元方法仿真分析电机的静态电磁特性,如悬浮力特性、电感特性、转矩特性、偏心特性、永磁体对电磁性能的影响,并与传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力特性进行比较,仿真结果验证了所提出电机在结构上能够实现悬浮力与转矩的解耦,同时具有较大的径向承载能力。     

新型定子永磁式容错电机的工作原理和性能分析

为满足电机驱动系统在多种高可靠性领域的应用,提出一种新型的定子永磁式容错电机结构--双凸极容错(doubly salient fault tolerant,DSFT)电机。DSFT电机在结构上集中了开关磁阻电机和转子永磁式容错电机的特点,具有结构简单、可靠性高、功率密度高等优点。以一台四相8/10极DSFT电机为例,分析其结构特点、容错齿作用和运行原理。在此基础上,研究DSFT电机在正常和短路时的磁场特性,计算磁链、自感、互感等电磁特性,从理论上分析DSFT电机的容错性能。运用电路、磁路瞬态联合仿真的方法,建立DSFT电机驱动系统的场路耦合分析模型,分别对电机在正常和缺相运行状态下的转矩输出性能进行计算分析。研究结果表明,DSFT电机相与相间的独立性好,具有较强的带故障运行能力,适用于一些工作环境恶劣且要求高可靠性、高能量密度的场合。     

开关磁阻电机定子固有频率的计算

噪声是开关磁阻电机的主要缺点，准确计算定子固有频率对低噪声电机设计和噪声控制有十分重要的意义。本文基于能量法，提出了一种计算开关磁阻电机定子固有频率的方法，分析中考虑了弯曲、剪切和拉伸应变能及旋转动能和平移动能，并给出了计算结果与实验结果的比较，两者具有良好的一致性。     

Improved analysis of a bearingless switched reluctance motor

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. Bearingless switched reluctance motors have combined characteristics of switched reluctance motors and magnetic bearings. Production of radial force for rotor shaft magnetic suspension is explained with differential stator windings. Mathematical relations between motor currents and radial force are derived by considering cross coupling and fringing fluxes. Theoretical relationships are verified with experimental results at partial overlap positions     

基于有限元法的磁悬浮开关磁阻电机数学模型

当电机高速运行时，为避免机械磨损，采用电磁力进行悬浮支撑，而磁轴承占用轴向空间，限制临界转速。磁悬浮开关磁阻电机利用电机定子与轴承机械结构的相似性，在原有的电机定子绕组上附加一套径向力绕组，通过一定的控制策略，同时实现电机的旋转和悬浮。该文在利用有限元软件Ansoft/ Maxwell 2D分析磁悬浮开关磁阻电机磁场的基础上，结合等效磁回路法并根据虚位移定理，推导出磁悬浮开关磁阻电机在考虑a、b轴方向径向偏移及其耦合时的径向力和转矩的数学模型，并用有限元分析结果验证了该模型的正确性和有效性。     

Unified theory of torque production in switched reluctance andsynchronous reluctance motors

A method is described for calculating the average and instantaneous torque of the synchronous reluctance motor from a knowledge of the trajectory of the phase flux-linkage versus phase current [i-ψ] waveform, i.e., the same method as used with the switched reluctance motor. This allows a direct comparison between torque production in the two motors to be made. Analytical and finite-element analysis both show that the [i-ψ] loci of the synchronous reluctance motor are ellipsoidal in shape and are not limited to the first and third quadrants as in the switched reluctance motor. The [i-ψ] loci of the synchronous reluctance motor are not bounded by the magnetization curves in the same sense as in the switched reluctance motor and rely upon mutual coupling between phases for correct operation     

基于三相半桥功率变换器的无轴承开关磁阻电机绕组结构分析

无轴承开关磁阻电机兼有开关磁阻电机和磁轴承的优点。功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其控制绕组电流,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。悬浮绕组功率变换器采用三相半桥结构时,由于负载的不对称,存在中点电压漂移问题。该文简要介绍了电机悬浮原理和数学模型,将功率变换器和电机作为一个整体,分析了中点电压漂移的原因及绕组配置对中点电压的影响。给出了5种绕组结构形式下,各相悬浮力之和及其对中点电压的影响。通过合理配置绕组结构,使电机在恒定径向负载的情况下,中点电压波动大为减小。给出了4种优化的无轴承开关磁阻电机绕组结构。实验结果证明了理论分析的正确性。     

Radial force and torque of a bearingless switched reluctance motor operating in a region of magnetic saturation

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. These motors are characterized by integration of switched reluctance motors and magnetic bearings. It is essential for a control system to consider magnetic saturation in real time in order to realize stable operation at a full torque load. Thus, this paper proposes a method for fast calculation of radial force and torque of a bearingless switched reluctance motor operating in a region of magnetic saturation. It is shown experimentally that the proposed method is effective in calculating the radial force and the torque under conditions of magnetic saturation.     

A method of determining the advanced angle of square-wave currentsin a bearingless switched reluctance motor

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. These motors have combined the characteristics of switched reluctance motors and magnetic bearings. This paper proposes a method of determining the advanced angle of square-wave currents in a bearingless switched reluctance motor. Under any torque condition, from no load to full load, stable operation is realized by controlling the advanced angle of square-wave currents with the proposed method. It is shown experimentally that the proposed method is effective in realizing stable operation     

Variable reluctance motor structures for low-speed operation

The static torque capability of three competing variable reluctance motors is compared in order to identify which structure is best suited for low-speed operation. Linear analysis is the basis of the comparison between a conventional switched reluctance motor, a variable reluctance motor with mutually coupled windings, and a variable reluctance motor with anisotropic rotor. End turn and multipole effects are considered. The impact of saturation is considered by comparing static torque computed with finite element models. This analysis provides the rationale for choosing one configuration over another under fixed voltage and current limit constraints. The alternative constructions are shown to have potential for significant improvement in static torque under certain conditions     

提高步进电机单端斩波驱动电源的性能

这里给出一种实用的单端步进电机驱动电源电路，它在设计及结构上比以往的同类驱动方案更合理。这里对其工作原理进行了分析，并进一步提出了实际设计中应注意的问题。此种驱动电源同样可以用在开关磁阻式电机中。     

磁悬浮开关磁阻电动机转子径向偏心时的仿真

磁悬浮开关磁阻电动机结合了开关磁阻电动机和磁轴承的特点,通过电磁力控制转子径向位置。分析了磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力和旋转力的产生原理。基于开关磁阻电动机转子的四个特殊位置,利用二维有限元方法分析了转子位于中心位置与有径向偏心时的电机内部磁场,给出了磁场分布图、径向悬浮力与径向偏心矩的关系曲线、旋转力与径向偏心矩的关系曲线,为进一步描述磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力与旋转力的模型提供了依据。