机器人用外转子直驱永磁电机不同极槽配合的性能分析

为了实现机器人微型化和节能的目标,高性能的直驱永磁电机成为机器人驱动系统的首选。对直驱永磁电机集中绕组的绕组因数解析式和极槽配合方式的选取原理进行分析。根据机器人用电机的技术要求,利用绕组因数解析式和极槽配合方式约束条件选择符合要求的组合,对比分析不同极槽配合方式下各次谐波绕组因数和幅值,得到谐波因数较好的几组极槽配合方式。在相同的结构尺寸和材料下,建立有限元仿真模型,解析空载状态下的气隙磁密和反电势,对比分析不同负载下的电磁转矩及其波动以及效率等电机性能,得到不同极槽配合方式对电机设计及其性能的影响。所得结果为外转子直驱永磁电机的进一步优化和机器人直驱控制系统的研究提供了重要的参考依据。     

低速直驱永磁同步电动机及其起动性能研究

利用低速直驱永磁同步电动机（PMSM）的一些电磁设计公式,结合低速电机的设计特点,完成了电机结构设计、参数计算以及工作特性和起动特性的分析,最终确定了方案.采用Ansoft电磁分析软件,通过场路耦合的计算方法,计算了电机瞬态性能参数,并通过不断地调整设计值,得到电磁设计方案.实验结果表明,低速直驱低速大转矩永磁同步电动机实验所得数据和应用程序设计结果基本一致,证明了程序的正确可行、简单方便.该研究对于进一步完善永磁同步电动机的设计具有重要理论意义和工程价值.     

低速直驱永磁同步电动机及其起动性能研究

利用低速直驱永磁同步电动机(PMSM)的一些电磁设计公式,结合低速电机的设计特点,完成了电机结构设计、参数计算以及工作特性和起动特性的分析,最终确定了方案.采用Ansoft电磁分析软件,通过场路耦合的计算方法,计算了电机瞬态性能参数,并通过不断地调整设计值,得到电磁设计方案.实验结果表明,低速直驱低速大转矩永磁同步电动机实验所得数据和应用程序设计结果基本一致,证明了程序的正确可行、简单方便.该研究对于进一步完善永磁同步电动机的设计具有重要理论意义和工程价值.     

高速永磁电机转子护套强度分析

目前永磁电机多采用烧结钕铁硼永磁材料,其抗压强度较大而抗拉强度很小,永磁体难以承受转子高速旋转巨大离心力产生的拉应力,必须在永磁体外设置高强度非导磁防护套,采用过盈配合给永磁体施加一定的预压力．介绍高速永磁电机转子的设计特点,论述永磁转子结构形式的选取与转子强度的计算方法．利用有限元法进行强度分析,确保额定转速为60000r／min、额定功率为75kW的高速电机永磁转子的强度．     

直驱永磁电机与双馈发电机的研究现状与发展前景

主要讲述了风力发电技术的现状和发展,列举了变速恒频风电技术,分析了直驱永磁发电机和双馈发电机国内外研究现状和发展趋势,指出直驱发电机和无刷双馈发电机具有传统同步发电机无法比拟的优越性,其结构更简单,可靠性高,具有广泛的应用前景。     

直驱轮毂电机调速系统的仿真分析与设计

为提高电动汽车的操纵稳定性,直驱轮毂电机需要快速和准确的速度调节,以响应车辆行驶状态需求。在建立电动汽车直驱轮毂电机数学模型的基础上,通过理论分析和系统需求,确定了电机速度环和电流环调节器的控制策略,结合直驱轮毂电机调速系统和线性二自由度电动汽车Matlab/Simulink的仿真模型,以恒速运行车辆在阶跃转向角输入为仿真条件,验证前后轮毂电机的速度控制性能。通过对理论计算和仿真结果的比较,证明前后轮速度控制准确、响应快速,能够满足系统需求,说明电机调速系统良好的跟随性和准确性。     

高速永磁电机转子多场综合设计

由于转子的强度和动力学分析是高速永磁电机设计的关键问题,因此必须对高速永磁转子进行基于强度、电磁及动力学特性的综合设计.采用有限元方法对转子进行应力场、电磁场及模态分析,并利用有限元软件优化设计模块,对转子结构进行多场迭代综合设计.通过强度分析确定了转子外径允许变化范围,根据电机的输出功率要求,选取了永磁体结构和转子的轴向尺寸.根据动力学要求确定转子长度,通过对转子多场综合设计得到满足强度、临界转速和电磁性能的转子综合设计结果,并以100kW,60000r/min高速电机为例进行设计和制造,电机实验验证了设计方法的正确性.     

直驱电机多信号采集测试系统研究

直驱伺服电机因高精度、高速度的性能是目前机电设备替代传统传动驱动的重要元件,也是伺服驱动技术的发展方向.开发了应用于直驱电机的测试系统,调理电路为多路传感器提供电源、信号接入、调理并送至数据采集系统进行数据处理和记录.该调理电路可被力矩电机(伺服系统)和直线电机(伺服系统)试验台通用,具有不少于16路硬件通道,并可复用接入更多传感器信号.     

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度，采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗，并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明，3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大，合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.     

永磁开关磁链电机弱磁运行的结构与性能

在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感对永磁电机弱磁性能的影响,研究了三相永磁开关磁链电机不同结构下的弱磁扩速能力,并提出了相应的结构设计思路.通过定性的磁路分析和定量的电磁场有限元计算研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响,并对6/5极和12/10极2种结构电机的运行性能和弱磁能力进行了对比分析.研究表明,在逆变器容量确定的前提下永磁开关磁链电机可以通过定转子齿宽优化来设计较好的运行性能和较大的直轴电感,提高弱磁能力;6/5极和12/10极结构电机都具有良好的扩速能力,但前者较优.通过实验还验证了6/5极结构电机的弱磁扩速能力.     

碳纤维绑扎表贴式高速永磁电机转子强度分析

针对表贴式高速永磁电机中分块永磁体转子的强度分析问题,基于弹性力学理论,推导了分块永磁体转子强度的解析表达式.采用解析算法计算碳纤维护套、永磁体以及转轴中的径向应力、切向应力和等效应力,并将解析法的计算结果与有限元法的计算结果进行比较.结果表明：转子在静止和高速转动状况下,解析解都能够准确地计算出表贴式分块永磁体转子的应力分布,且解析解与有限元的误差很小,完全在可接受范围之内.     

直驱型永磁风力发电机的最大风能捕获影响因素分析

针对直驱型风力发电系统,利用Matlab/Simulink仿真软件建立风力机模型,通过对风速、桨距角、叶尖速比、发电功率的仿真研究,分析影响风能捕获的因素,研究实现最大风能捕获的控制策略.仿真结果表明:在额定风速以下,通过发电机的转速调节获得最优叶尖速比,在额定风速以上,调节桨距角实现发电机稳定在额定功率处,从而实现最大风能捕获.     

永磁直驱风力发电功率滑模控制器的研究

永磁直驱风力发电机具有多变量、非线性及强耦合的特点,系统参数变化较大直接影响系统的控制性能。基于此,设计了一种功率滑模控制器,并在直驱电机数学模型的基础上,设计出直驱发电变流控制系统,将此滑模控制器应用于该系统的机侧控制。控制器根据系统当前的状态采用滞环函数使系统精确的在给定滑动模态轨迹中运动,其设计过程与对象参数及扰动无关,因此,该系统具有良好的抗干扰能力,并能有效解决高频率切换带来的抖振效应。在搭建的8极5kW直驱发电机的Matlab/Simulink仿真模型中,对系统输出的电压、电流、功率控制进行了仿真分析,其结果表明,系统并网冲击小、功率跟踪精度高,表现出良好的动态性、稳定性和鲁棒性       

永磁磁阻双转子混合电机的优化设计

永磁磁阻双转子混合电机是一种新型双转子电机.相较于双转子永磁同步电机,其内部的永磁转子被替换为同步磁阻转子,这种永磁磁阻双转子混合电机在许多方面的性能优于同样设计的双转子永磁同步电机,但存在外转子转矩脉动过大的问题.为了降低永磁磁阻双转子混合电机的外转子输出转矩的转矩脉动,提出利用田口法对电机进行优化,选择7个永磁磁阻双转子混合电机的参数作为优化因子,优化目标为齿槽转矩、外转子转矩脉动和内外转子的转矩.通过实验得到一组最佳优化参数,并用仿真实验验证了该参数组合较原始的参数确实能够降低永磁磁阻双转子混合电机外转子的转矩脉动,同时还能提高永磁磁阻双转子混合电机的内外转子的转矩,验证了田口法在新型永磁磁阻双转子混合电机这种复杂结构电机的多目标优化的有效性.     

永磁同步双转子/双定子电机转速的模糊控制

针对混合动力电动汽车电机的快速响应问题,首先在分析传统的永磁同步电机数学模型的基础上,建立了永磁同步双转子/双定子电机数学模型。结合人工智能中的模糊控制方法,设计了该型电机的转速模糊控制器。MATLAB仿真结果表明,转速模糊控制方法优于传统的转速控制,具有转速响应快、震荡小的特点。研究结果对在混合动力电动汽车中开发永磁同步双转子/双定子电机的控制系统具有重要意义。     

永磁转子偏转式三自由度电机建模与结构分析

针对以往研究中单层结构永磁转子三自由度电机转矩特性的不足,提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度运动电机,采用球坐标系下分离变量法和洛伦兹力法分别对电机气隙磁场和转矩进行解析建模,确定气隙磁场空间谐波含量和结构参数对基波磁通密度和转矩幅值的影响,同时进行三维有限元仿真分析.通过研究两种计算方法下气隙磁场、自转和偏转转矩的特点及规律,并进行对比分析.结果表明:"蝶形"永磁转子结构的气隙磁通密度分布和转矩特性优于单层结构,气隙磁通密度径向分量空间分布近似平顶波,转子中间层磁极的气隙磁通密度幅值最大,解析法与有限元法的计算误差均小于6.7%.     

永磁磁阻电机不同结构下的电磁性能对比分析

传统内转子永磁电机功率密度大、效率高、应用广泛,但存在着调速范围和过载能力相对有限、电机散热较差、永磁体易退磁等缺点,限制了其应用范围.为此,将永磁同步双转子电机中的内转子替换为同步磁阻转子,对原始电机正弦性较差的外气隙磁通密度、内外转矩分别进行了改进,将传统磁极变为Halbach磁极,对8分段的Halbach磁极阵列进行了结构优化,通过傅里叶分析比较了几种不同结构的气隙磁通密度谐波含量,利用参数化扫描,给出了最佳倒圆角半径,此结构也提高了外转矩.将同步磁阻转子改为永磁辅助式同步磁阻转子,对比分析了永磁体在不同放置方式下的内转矩大小,并分别给出了其磁链和电压方程,结果证明这种结构下的内转矩有较大提高.     

直驱永磁风电机组低电压穿越的一种控制策略

为提高并网直驱永磁风电机组低电压穿越运行能力,提出一种适用于双PWM变换器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越运行的电机侧及电网侧变换器协调控制策略。电网电压跌落时,根据输入电网的电磁功率的变化控制电机侧变换器来限制发电机的电磁功率以平衡输入直流侧电容的功率,稳定直流侧电压;根据电网电压跌落深度控制电网侧变换器,提供一定的无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,提高风电机组的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提控制方案无需硬件装置,能有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

直驱式永磁同步风电机组的风电场等值建模

通过对直驱式风电机组运行状态的分析可知:在风电场中,桨距角大于0的机组运行于额定工作点,而其余风电机组的运行点可由电磁转矩、发电机转速这两个状态变量反映。由此,提出了一种以风电机组具有相同或相近运行点为分群原则的风电场等值建模方法:首先将桨距角大于0的机组归为一组,再以电磁转矩、发电机转速作为分群指标利用K-means聚类算法进行分群计算,最后采用容量加权法计算分群后等值机组的参数并考虑了风电场内集电系统的影响。为了进行对比分析,在Matlab/Simulink平台上搭建了风电场的详细模型、以状态变量分群的等效模型及以风速分群的等效模型,仿真结果验证了所提出的建模方法能更准确地反映风电场在风速波动及电网故障情况下的动态特性。     

永磁体层数与定子槽数对内置式分数槽集中绕组永磁电机性能的影响分析

为分析不同永磁体层数与定子槽数的作用效果,探究了具有多层永磁体结构的内置式分数槽集中绕组永磁同步电机的性能,设计并制造了9槽10极与18槽10极电机的仿真模型与原型机,采用有限元软件分析了不同永磁体层数与定子槽数对电机输出转矩、齿槽转矩、气隙磁密和齿部磁饱和等电磁特性的影响。理论分析及实验结果均表明,相比于9槽10极,18槽10极电机可以更好地抑制转矩脉动并提升平均输出转矩,同时,双层永磁体电机相比单层永磁体电机具有更优异的性能。