模块化开关磁阻式横向磁通电机设计与分析

基于开关磁阻电机的运行原理和横向磁通电机的结构特点,提出一种新型的模块化开关磁阻式横向磁通电机(modularswitchedreluctancetransversefluxmachine,MSRTFM)。该电机结构简单,其定、转子铁心均为采用硅钢片叠制的U型结构,定子绕组直接绕制在U型铁心上,易于模块化加工。相比于传统的开关磁阻电机,MSRTFM具有横向磁通电机的优点,可以实现电、磁负荷解耦灵活设计,从而有效提高转矩密度和运行效率,因此适合于电动汽车等高效、高转矩驱动领域。介绍MSRTFM的基本结构与运行原理,给出该电机电磁设计的方法和公式推导过程。由于MSRTFM的磁场呈三维分布,因此采用三维有限元分析(3D finite element analysis,3D-FEA)对电机的磁链和转矩等参数进行了计算。此外,将MSRTFM与传统的径向磁通开关磁阻电机(switched reluctance machine,SRM)进行了对比,验证了所提电机的良好性能。根据设计参数与有限元仿真结果,研制了小功率实验样机,并对电机的主要性能开展实验研究,验证了设计结果与有限元计算分析的正确性。     

双凸定子极无轴承开关磁阻电机数学模型

双凸定子极无轴承开关磁阻电机可实现悬浮力和转矩的解耦,控制简单,具有应用优势。但该结构电机在悬浮绕组与转矩绕组同时导通时,非导通相齿极中存在较大的磁通,该磁通不可忽略,磁通分布较为复杂,给数学模型的建立带来了困难。根据电机的磁通分布建立了等效磁路图,依据虚位移法推导了悬浮力数学表达式。同时根据电机转矩与悬浮力之间的解耦特性,给出了电机转矩公式。为了验证所提数学模型的合理性,进行了有限元仿真验证,结果表明数学模型与仿真值具有较好的一致性。     

一种新型的磁悬浮开关磁阻发电机

为了减弱传统磁悬浮开关磁阻发电机内悬浮力绕组与发电绕组之间存在的强耦合问题,并改善悬浮力性能,提出了一种新型的磁悬浮开关磁阻发电机。结合电机结构说明了运行机理,并基于磁通分布以及绕组磁链的有限元计算结果推导了数学模型。该发电机的混合定子上依次设置悬浮极和发电极,可以减弱悬浮和发电子系统的耦合影响,实现二者的独立控制,并且悬浮极与转子齿的对齐面积等于转子齿宽,可以在发电机运转过程中产生恒定的悬浮力,增强径向负载能力,改善悬浮性能。有限元仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

无刷交流电励磁磁通切换电机电磁性能研究

开关磁阻电机具有转子结构简单坚固、无励磁源的优点,为实现其全周期工作方式和定子磁链的双极性变化,提出一种电励磁磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入励磁绕组,实现电机的全周期工作能力.介绍电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计,重点与分裂绕组开关磁阻电机(全周期工作)的电磁性能进行对比研究.有限元仿真结果和样...     

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。     

绕组连接形式对开关磁阻电机性能影响的研究

开关磁阻电机结构简单、控制灵活,定转子极弧系数、绕组匝数、气隙等主要结构参数都对电机性能有很大影响。采用有限元分析法对一台三相12/8极30 kW开关磁阻电机在两种绕组连接方式下的磁场分布、转矩、电流、电感等性能进行分析,并通过实验验证,采用NSNSNSNSNSNS定子极性排布的连接方式较NNNSSSNNNSSS连接方式的平均转矩更大、转矩波动更小,同时互感也更小。     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。     

新型磁悬浮开关磁阻电机的有限元分析

为了解决传统的磁悬浮开关磁阻电机定子同一齿极上的转矩绕组与悬浮力绕组的强耦合的问题,本文提出一种采用了混合定子极的新型8/10极磁悬浮开关磁阻电机模型。混合定子中都只有一套绕组,其中四极产生转子所需转矩,另外四极产生转子回到平衡位置的径向力。本文利用Ansoft软件建立电机模型,进行了静态转矩特性仿真、电磁径向力数值计算和动态仿真研究。仿真结果为此新型电机的优化设计和进一步研究提供了理论依据。     

新型定子结构永磁同步电机弱磁调速性能分析

提出了一种用于弱磁升速运行的新定子结构永磁同步电机,这种电机每个定子槽内设置一对分流齿,它能减少磁路磁阻,增加有限的电枢磁动势产生的电枢磁通,束缚在分流齿中大部分电枢磁通,将抵消永磁励磁磁通与定子绕组匝链,控制定子绕组磁链,实现弱磁升速。建立了新结构电机的等效磁路,说明分流齿弱磁工作原理,并解释分流齿束缚电枢磁通并不削弱电机转矩输出的机理。对新定子结构电机进行了有限元分析,在此基础上研制了一台样机并进行了实验研究,实验结果和计算结果相吻合,验证了新定子结构永磁同步电机的弱磁性能。     

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析EI北大核心CSCD

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。     

基于不对称转子结构与序贯田口稳健优化方法的同步磁阻电机设计

目前,传统同步磁阻电机三层磁通屏障的转子设计性能较好、制造简易,得到行业的认可。讨论转子的不对称磁通屏障结构与磁通屏障结构变形对全面掌握同步磁阻电机的特性至关重要,因此该文研究了在不同功率等级下同步磁阻电机不对称设计规律以及基于序贯田口稳健优化方法的类凸极转子同步磁阻电机。首先对传统同步磁阻电机在一定功率等级下优化计算,得出抑制转矩脉动的不对称设计规律;然后根据开关磁阻电机凸极结构,设计类凸极转子同步磁阻电机,应用序贯田口稳健优化方法对采用分布式绕组的12槽8极电机优化得到最优功率等级,并应用至集中式绕组电机,应用磁路模型以及有限元仿真对采用不同绕组的电机作性能对比分析;最后提出一种结构更加简单、制造成本更低的同步磁阻电机。     

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。     

单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机和声混沌搜索优化设计

将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适合应用在飞轮储能中的单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机(SWBSRFM)。SWBSRFM控制策略与开关磁阻电机有较大差异。以数学模型为基础,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机主体尺寸计算公式。针对电机参数设计问题,结合混沌搜索的历遍性、规律性与和声搜索简单、灵活的优点,得到和声混沌搜索算法,以在较短的时间内获得电机最优结构参数。通过有限元分析飞轮电机性能,得到如下结论:SWBSRFM具有结构简单、维护方便、成本低廉、易于控制的优点,并且和声混沌搜索精确、快速、操作方便,满足设计要求。     

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。     

新型轴向磁通双凸极无刷直流电机研究

针对传统开关磁阻电机存在输出转矩低的问题,本文介绍的新型轴向磁通双凸极无刷直流电机是一种在传统无刷直流电机的基础上结合开关磁阻电机的工作特性,用通电激磁线圈实现增磁、弱磁,控制输出转矩扩大电机调速范围作用的新型电机。在阐述新型电机结构和工作原理的基础上,分析了新型电机极弧的适用范围和激磁线圈调磁能力,并详细比较了新型电机与传统开关磁阻电机励磁方式及电磁转矩的差异。仿真结果表明,新型轴向磁通双凸极无刷直流电机的输出转矩有一定程度的提高。     

一种改进的无轴承开关磁阻电机数学模型

类似于常规开关磁阻电机,无轴承开关磁阻电机的定、转子极宽并非总是相等,通常转子极宽略大于定子极宽,在建立数学模型时应当考虑这一因素.现有的无轴承开关磁阻电机数学模型都存在电机定、转子极宽相等的约束.考虑无轴承开关磁阻电机定、转子极宽可能存在的不相等因素,采用基于直线磁路和变椭圆系数的椭圆形磁路分割法求取气隙磁导,推导出无轴承开关磁阻电机的通用数学模型,使其不仅适用于定、转子极宽相等,而且适用于转子极宽大于定子极宽的情况.以实验室样机为例,将基于所建模型的分析结果与有限元分析结果进行了对比,验证了所建数学模型的正确性,精确度满足工程要求.应用所建立的无轴承开关磁阻电机数学模型,分析了定、转子极宽不等对悬浮力和转矩的显著影响.     

开关磁阻电机的电磁参数设计与研究

对开关磁阻电机的理论进行了阐述,介绍了开关磁阻电机的基本结构,系统的阐述了开关磁阻电机的双凸极结构和磁通沿磁阻最小路径闭合的工作原理,对于开关磁阻电机旋转过程中的定子绕组A、B、C、D四相通电顺序做了详细论述,以及通电顺序对电机转动方向的影响,给出了电机的转速方程,介绍了开关磁阻电机的基本方程,包括电动势平衡方程和转矩平衡方程,对开关磁阻电机的损耗计算做了简单的分析,分析了各种损耗的主要来源,并给出了各损耗计算的方法及计算公式。     

不同极槽数配合的分立定子混合励磁磁通切换电机研究（英文）

混合励磁电机使用永磁体和励磁线圈共同作为励磁源,可以集成永磁电机高效率、高功率密度以及电励磁电机灵活调磁的优点。该文将研究一种分立定子混合励磁磁通切换电机,该电机的永磁体和励磁线圈均置于定子以省略电刷滑环,同时采用双定子结构以解决传统定子混合励磁电机的定子空间拥挤问题。该电机遵循磁通切换原理,静止励磁源产生的磁通被凸极转子调制,进而在电枢绕组上产生双极性交变磁链。该文将介绍该电机运行原理,并重点研究不同定转子极槽数配合的电机电磁性能,以说明该类型电机兼具高转矩密度和强调磁能力。此外,分析关键设计参数对电机转矩密度和调磁能力的影响,为电机设计提供指导。最后,制作并测试2台样机以完成实验研究。     

一种新型无轴承开关磁阻发电机的设计

分析了一种转子由6个凸极和一个圆盘轴向叠加而成的12/6极混合转子结构无轴承开关磁阻发电机的发电原理与悬浮机理。利用等效磁路法,并将绕组电流等效为方波,结合平均转矩与输出功率的关系,推导出了无轴承开关磁阻发电机的主体尺寸计算公式。在不考虑转子偏心情况下,推导了电机悬浮力的表达式。根据设计样机的径向负载要求,在留有一定径向力裕量的基础上计算得出转子圆盘尺寸,并通过绕组峰值电流与气隙磁密的关系计算绕组的匝数。最后,基于所提方法,在Ansoft中建立12/6极混合转子结构BSRG实验样机的模型,验证了所提设计方法的正确性。     

双相励磁8/6极开关磁阻电动机转矩数学模型

为研究双相励磁8/6极开关磁阻电动机转矩特性,文章根据电机原理和等效磁路法,给出了双绕组间自感、互感公式;利用开关磁阻电动机磁路分割法,求解了8/6极开关磁阻电动机的气隙磁导,进而推导出电机的转矩模型公式。最后,通过有限元仿真结果,证明了转矩数学模型的正确性。研究表明:该转矩数学模型能正确描述8/6极开关磁阻电动机无位置偏移时的转矩输出特性。