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。     

永磁同步电机转子磁钢拓扑结构与运行工况匹配性分析

基于永磁同步电机应用较广的"一"字型、"V"字型磁钢拓扑结构,在制造材料消耗量、供电方式、功率输出参数、机械与散热结构一致的前提下分别设计两台电机,通过对比分析两台电机额定点参数、永磁转矩与磁阻转矩占比、弱磁调速能力,总结出两种磁钢拓扑结构各自所适用的运行工况。     

基于转矩分配函数的开关磁阻电机预测转矩控制

开关磁阻电机独特的双凸极结构导致电机在运行过程中产生较大的转矩脉动,限制了开关磁阻电机的应用范围.为抑制转矩脉动,本文将转矩分配函数和模型预测控制相结合,提出一种基于转矩分配函数的预测转矩控制策略.首先,由转矩分配函数将参考转矩离线分配至各相;其次,利用开关磁阻电机离散模型预测下一周期转矩大小;最后,通过代价函数选取最优控制量跟踪参考转矩.相较于传统的基于转矩分配函数的电流斩波控制方式,新控制策略取消了电流滞环,提高了控制精度.仿真和实验结果表明,相较于传统电流斩波控制,本文提出的基于转矩分配函数的预测转矩控制具有更好的转矩脉动抑制效果.     

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。     

宽高效率区混合永磁同步磁阻记忆电机设计

铁氧体、钕铁硼混合永磁同步磁阻电机相对铁氧体永磁同步磁阻电机，具有较高的永磁磁链，提高了功率密度尤其是弱磁运行时的功率密度，但一定程度上降低了高速、低转矩区的效率。为此，在铁氧体、钕铁硼混合永磁同步磁阻电机的基础上采用一定量的铝镍钴替代钕铁硼，设计成混合永磁同步磁阻记忆电机，在不降低电机弱磁运行功率的情况下，对不同工况下的永磁磁链进行调节，采用铁氧体、钕铁硼和铝镍钴三种永磁材料混合，可有效提高混合永磁同步磁阻电机高速、低转矩区效率。从维持弱磁运行功率和永磁磁链调节两方面对铝镍钴和钕铁硼的相对用量进行设计，对永磁磁链的调节过程和效率分布进行分析，证明了所设计的电机拓宽了高效率区范围，并分析了相关电磁特性。     

基于预测电流控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略

针对传统开关磁阻转矩脉动抑制策略中采用电流滞环控制方法带来的电流动态跟踪能力弱而引起转矩脉动大这一问题,提出一种基于线性转矩分配函数策略下的无差拍电流预测方法,提高电流跟踪特性,减小因电流跟踪能力弱引起的转矩脉动。根据电机运行中电流分布特征及电流变化率,灵活选择"正压零压"、"负压零压"等PWM调制模式,确定最佳的功率变换器励磁、续流、退磁模式组合,提高在不同运行模式下电流控制的准确度,在不增加开关频率或改变滞环宽度条件下,使实际电流时刻跟踪给定。搭建三相12/8极开关磁阻电机仿真模型及实验平台,考虑磁场饱和、高速运行、低速运行、负载突变等工况,对转矩脉动指标进行对比。实验结果表明,在线性转矩分配策略下电流预测控制策略能有效减小开关磁阻电机的转矩脉动,提高电机运行效率。     

游梁式抽油机用开关磁阻电机转矩分配策略研究

开关磁阻电机的优点在油田的应用上体现的非常明显,针对游梁式抽油机负载非线性周期变化的特点,提出了基于开关磁阻电机的转矩分配策略在油田实际工程上的实现方法,分析了通过分配电流的方式实现转矩分配策略的理论依据,并通过Simulink对游梁式抽油机用开关磁阻电机驱动系统建模及仿真。仿真结果表明,电流分配函数能够有效抑制非线性负载工况下的开关磁阻电机转矩脉动,且工程应用非常简便。     

电动汽车混合永磁辅助磁阻同步电机研究

针对铁氧体永磁辅助式同步磁阻电机可能出现的不可逆退磁问题,研究了电动汽车驱动用铁氧体和钕铁硼混合永磁辅助磁阻同步电机。用有限元方法研究了混合永磁辅助磁阻同步电机的转子结构,包括磁钢槽形状和相关尺寸的优化,重点研究电机峰值工况下铁氧体的不可逆退磁问题,并与其他电机做了比较分析。研究结果表明,混合永磁电机与铁氧体电机成本接近,但转矩脉动率小,并较好地解决了铁氧体永磁材料的不可逆退磁问题。     

电动车用开关磁阻电机转矩控制器设计与优化

电动汽车用开关磁阻电机转矩动态特性对电动汽车整车动力性能与乘坐舒适性能起着至关重要的作用。为了降低开关磁阻电机转矩脉动,提高其平均转矩,达到优化转矩动态特性的目的,在MATLAB/Simulink环境中建立了开关磁阻电机非线性动态模型;利用动态模型仿真数据确立了电机转矩动态性能与转速、关断角之间的函数关系;以降低转矩脉动,提高平均转矩为目标,建立了最优关断角与转速之间的函数关系;设计了基于可变关断角的转矩优化控制器。仿真结果表明,本文建立基于可变关断角的转矩优化控制器能很好地降低转矩脉动,提高平均转矩,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。     

基于混合式磁钢转子结构的电动车用永磁磁阻电机优化设计

针对电动车用永磁驱动电机中稀土永磁成本过高的问题,提出了一种新型永磁磁阻电机。采用基于钕铁硼和铁氧体的混合式磁钢转子结构,大幅降低电机制造成本,显著提升电机性价比。并针对新型永磁磁阻电机转矩脉动过大、转矩输出能力不足的问题,进一步提出切向混合式磁钢转子结构,对切向磁钢混合配比及位置放置参数进行优化设计。搭建基于JMAG和PSPICE的MATLAB联合仿真平台,对新型电机的稳态和动态性能进行了仿真实验,实验结果验证了该方案的可行性和有效性。     

控制策略对机载雷达永磁电机峰值转矩影响分析

针对机载雷达用永磁电机对功率密度的苛刻要求与短时高过载和长时低负载转矩的工况特点,在分析表贴式永磁电机和内嵌式一字形、V字形永磁电机的气隙磁密特点基础上,对比研究了直轴电流为零控制策略和最大转矩电流比控制策略对电机输出峰值转矩的影响。研究结果表明,采用直轴电流为零控制策略,表贴式永磁电机具有更大的峰值转矩;采用最大转矩电流比控制策略,内嵌式V字形永磁电机具有更大的峰值转矩;三种类型电机,相同机载雷达应用工况下,内嵌式V字形永磁电机温升最低。     

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。     

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。     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

基于Taguchi-PSO的永磁同步发电机空载气隙磁密波形优化

以某款增程器用48 V永磁同步发电机(PMSG)的空载气隙磁密波形畸变率为优化目标,永磁体极弧系数、气隙长度、磁钢厚度、磁极偏心距为变量,磁钢质量和电机效率为评价参考指标,利用RMxprt参数化扫描功能和Taguchi方法建立正交试验矩阵,ANSYS Maxwell二维有限元仿真分析得到数据样本。通过傅里叶模型拟合样本数据,构造适应度函数。最后,采用粒子群算法(PSO)进行寻优,得到了一组最优的磁钢参数并进行有限元验证。结果表明,采用Taguchi-PSO方法,使空载气隙磁密波形得到了较大改善,并减少了磁钢用量。     

减小转矩波动的内置式永磁同步电机空气隔磁槽优化设计

内置式永磁同步电机转矩波动的存在影响电机系统的控制精度,因此如何减小电机转矩波动一直是研究热点。针对具有隔磁桥结构的内置式永磁同步电机,本文提出了一种减小内置式永磁电机转矩波动的空气隔磁槽优化设计方法,即以降低电机转矩波动为优化目标,以空气隔磁槽结构几何参数为优化变量,基于Taguchi法实现了内置式永磁同步电机低转矩波动设计。在此基础上,对优化前后电机空载和额定负载工况进行了有限元仿真对比分析。结果表明,所提出方法可以在保持额定输出转矩不变的前提下有效降低电机空载齿槽转矩和负载转矩波动,提高电机的性能。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

永磁体形状对可变磁通记忆电机调磁参数影响

采用有限元方法对不同永磁体截面形状的可变磁通记忆电机空载和直轴去磁磁场分布进行了分析,详细描述了转子内的旁路磁通和零磁通密度区域的变化情况.在此基础上,研究了永磁体形状改变对每极最大气隙磁通、气隙磁通密度、永磁体中心线上的磁通密度以及最大去磁安匝数等调磁参数的影响.结果表明合理选择永磁体形状可以显著提高永磁体的利用率;永磁体形状系数小于约0.6时,容易实现对永磁体有效去磁,而永磁体截面形状接近矩形时则应该将整个永磁体工作点去磁到拐点以下才能保证去磁效果.该成果有助于此类电机的合理设计和控制.     

新能源汽车用永磁辅助同步磁阻电机噪声及续航优化研究

永磁辅助同步磁阻电机具有高转矩/功率密度、高效率区间、高转速、低反电动势、低成本等优势,在新能源领域特别是乘用车驱动系统中得到越来越广泛的应用。但该类电机凸极率大、波形畸变大、转矩脉动大,易导致电机振动噪声及效率低下,进而导致整车振动噪声及续航不足等问题。通过增加转子隔磁孔,改变磁路走向的方式,降低了电机全转速段转矩脉动和对应负载气隙感应电动势波形总谐波畸变(THD)。对电机优化前后径向电磁力及谐响应进行仿真对比分析,并通过试验验证了该优化方法的有效性。     

基于永磁形状的BLDC永磁电机转矩分析与优化

无刷直流永磁电机因节能高效、便于使用等优势而受到广泛关注。然而,该类电机通常因空载感应电动势波形不理想而具有转矩脉动较大等问题。以24槽4极无刷直流永磁电机为例,基于气隙磁场调制理论分析了转子永磁型无刷直流电机的空载感应电动势等电磁特性,以磁场调制原理中的永磁初始磁动势源为切入点,探讨影响电机空载感应电动势波形系数的因素并揭示感应电动势形成的内在机理。首先,针对24槽4极传统转子永磁无刷直流电机的运行原理和空载气隙磁场进行分析,并根据得出的结论采取永磁体谐波削极的方式优化电机空载感应电动势波形系数,最后通过仿真验证了理论分析和优化方案的合理性。