基于转子齿两侧开槽的开关磁阻电机振动抑制方法研究

振动的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。该文提出一种在转子齿两侧开槽的方法,通过改变转子齿形来改变转子表面气隙磁密的方向,可以减小气隙中的径向磁密,同时增大切向磁密,达到抑制电磁振动的目的。利用二维瞬态有限元法,验证了转子齿两侧开槽对径向力波的削弱和转矩脉动的抑制效果,研究了开槽尺寸变化对仿真结果的影响规律,并对5.5k W、1000r/min、12/8极开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,进行了样机的试制和试验。试验结果表明:该方法对开关磁阻电机的电磁振动有较好的抑制效果,但对电机的运行效率有一定影响。     

两种转子结构无轴承开关磁阻电机的转矩脉动研究

由于磁阻性的转矩和开关电源的供电方式,较大转矩脉动成为开关磁阻电机较为突出的缺点,这也成为阻碍开关磁阻电机推广应用的一大障碍,无轴承开关磁阻电机作为一种特殊的开关磁阻电机同样存在转矩脉动大的问题。文章从电机转子结构的角度出发,研究了传统转子结构和宽转子结构的无轴承开关磁阻电机转矩脉动,为衡量转矩脉动,定义了转矩脉动系数,并在平均转矩相同的情况下,对转矩脉动系数作出定量分析;仿真结果证实了分析的正确性。     

基于有限元法的开关磁阻电机转矩脉动优化

抑制转矩脉动是近些年来开关磁阻电机研究的热点问题之一,准确计算电机电磁场是设计、分析开关磁阻电机的关键。研究了一种在转子齿两侧开半圆形槽的改进型转子齿形,通过转子齿形的改变带来气隙磁场的改变,即削弱了气隙径向磁密,同时提高了气隙切向磁密,达到减小转矩脉动的目的。利用有限元法,对一台12/8极转子两侧开半圆形槽的开关磁阻电机建模,通过参数化计算开槽位置和开槽大小。仿真结果表明,在开关磁阻电机转子齿两侧开半圆形槽,可以有效地减小开关磁阻电机的转矩脉动,并且增加电机的平均输出转矩。     

新型转子齿的高速开关磁阻电机转矩脉动抑制

开关磁阻电机具有较大的噪声和振动,噪声和振动的主要原因之一就是转矩脉动。与常规转速的开关磁阻电机相比,高速开关磁阻电机的转矩脉动问题更为严重。为有效抑制高速开关磁阻电机的转矩脉动,设计了一种新的转子齿形,把转子带极靴和转子齿两侧开槽结合在一起。并且对极靴形状和开槽位置大小进行参数优化,得到了最优解。在保证平均输出转矩基本不变的前提条件下,极大的减小了转矩脉动,转矩脉动系数从2.47下降到1.45。通过比较改良前后电机特性,验证了此方法的合理性与正确性,为高速开关磁阻电机后续的优化研究奠定了基础。     

新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

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.     

基于转子极弧偏心抑制开关磁阻电动机转矩脉动

准确计算开关磁阻电动机电磁场是设计、分析开关磁阻电机的关键。基于转子极弧一部分偏心,研究一种新型转子极面,前一部分转子极面沿着电机旋转方向气隙逐渐减小,后一部分气隙保持均匀不变。利用有限元法,对一台12/8极开关磁阻电动机建模,计算最佳转子极弧偏心距和非偏心极弧比。仿真结果表明,基于转子极弧偏心得到的转子极面结构,不仅可以有效地减小开关磁阻电动机的转矩脉动,而且能增加电机的平均转矩。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机.首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接...     

真空泵用开关磁阻电机转矩脉动抑制分析*

开关磁阻电机在驱动真空泵的过程中存在转矩脉动大影响运行稳定性的问题。为了改善这个问题,首先用Maxwell张量法对转矩脉动进行了理论分析。在此基础上,采用在转子齿两侧开梯形槽的方案,并研究了梯形槽齿顶高度、槽宽、槽深和开槽角度对开关磁阻电机转矩脉动的影响。通过有限元仿真获得算例电机的择优设计方案,在该方案下开关磁阻电机的平均转矩增大了14.8％,转矩脉动系数降低了20.3％。     

新型同步磁阻电机星形转子结构设计与分析

针对同步磁阻电机转矩脉动大、平均转矩低的问题,提出一种星形转子结构,该结构与传统圆形转子结构相比,增大了转子气隙磁障末端与q轴的夹角,改变了气隙磁密的分布,可以减小转矩脉动,增大输出转矩。描述了星形曲线的形成过程,推导了星形曲线方程,得到参数方程参数角与磁障末端角的数学关系,为后续研究提供理论基础。基于等效磁路法建立了气隙磁密模型,进而可以得到转矩预测模型,并通过解析法和有限元进行对比,验证了磁路模型的有效性与正确性。通过有限元仿真,对星形转子结构同步磁阻电机和传统圆形转子结构同步磁阻电机进行性能对比分析,结果表明前者的铁耗小,气隙磁密波形谐波畸变率小,正弦化程度高,输出转矩大及转矩脉动小,验证了星形转子结构的可行性。     

Radial Force Analytic Modeling for a Novel Bearingless Switched Reluctance Motor When Considering Rotor Eccentricity

Abstract—Analytic modeling of radial forces is proposed for the novel bearingless switched reluctance motor, where the rotor eccentricity is taken into account. The novel bearingless switched reluctance motor's model is never disclosed, even though there are many advantages, such as fewer suspension windings and simpler control circuit and algorithm, when compared to the conventional bearingless switched reluctance motor. The analytic model of radial forces is very important to achieve this new bearingless switched reluctance motor's suspension control. The rotor eccentricity is a key cause to affect the radial forces. This article calculates the air-gap permeances through considering rotor eccentricity. The self-inductance and mutual-inductance expressions of the motor torque windings and the suspension windings are derived by using the magnetic equivalent circuit method. The derived radial force model discloses the effects of winding currents, rotor position angle, and rotor eccentricity displacement. The finite-element analysis based results verify the built model.     

新型开关磁阻电机优化设计

为降低开关磁阻电机转矩脉动以及提高转矩出力,提出一种在定转子齿上依次开槽的优化设计方案,对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各个开槽参数对性能指标的影响,以性能指标最优为目标选取参数,并利用有限元方法分析了电流转矩特性验证效果。由于该方案无法对多个开槽参数协同优化,因此进一步提出方案二,即借助多学科优化工具optiSLang,使用多目标粒子群算法对开槽参数进行全局优化,得到Pareto最优解集后再使用TOPSIS法客观地从中选取出全局最优解。优化后,与未开槽时相比,转矩脉动下降了32.347%,平均转矩上升了12.594%,效果令人满意。     

开关角对斜槽转子SRM稳态转矩的多目标优化

开关磁阻电机转子斜槽结构可有效减小电磁径向力,但会导致转矩特性变化。针对该问题,给出了线性模型下斜槽转子开关磁阻电机稳态转矩的解析方法,然后建立了四相8/6极开关磁阻电机模型,采用三维有限元仿真方法,计及端部漏磁,以电流开通角、关断角和转子斜槽角度为优化参数,以平均转矩变化量最小和转矩脉动最小为优化目标,基于正交试验法设计试验方案,通过极差和方差分析确定了相应参数的优组合,并将优化前后的转矩特性进行了比较,结果表明:小的斜槽角度对转矩特性的影响并不大,优化后电机的平均转矩相比优化前只变化了16.01%,但其转矩脉动下降了23.63%。     

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     

基于定转子开窗的混合励磁双定子BSRM振动抑制

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用,但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法,通过改变外定子或转子铁心磁阻大小,可以减小气隙中的磁密大小,达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸,验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响,最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明,该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。     

适用于无轴承开关磁阻电机的新型升压功率变换器

针对无轴承开关磁阻电机在换相时励磁电流建立速度过慢,本文提出了一种结构简单的升压型功率变换器,电机在换相时,通过利用绕组退磁能量来为后一相绕组迅速建立励磁电流,在保证电机稳定悬浮的基础上实现电机换相时的低转矩脉动运行。分析了该功率变换器的拓扑结构以及工作状态,在此基础上,构建了基于该新型升压功率变换器的12/8极双绕组宽转子齿无轴承开关磁阻电机驱动系统,通过Matlab/Simulink系统仿真和实验平台,验证了该功率变换器的可行性和有效性。     

Topology Optimization of Rotor Pole in Switched Reluctance Motor for Minimum Torque Ripple

Torque ripple is a major problem for switched reluctance motors, which may cause undesirable vibration and acoustic noise, especially at low speed. This paper presents an optimal topology structure of rotor for 8/6 pole switched reluctance motor by using the level set method. The nonlinear ferromagnetic material boundary of rotor pole is implicitly represented through an embedded level set function. This method is applied to obtaining the optimal distributions of material in the design domain for minimizing torque ripple and maximizing average torque. In the optimization objective function, the reluctivity of ferromagnetic material is selected as the design variable. The normal velocity is derived from sensitivity analysis, where the adjoint variable method is utilized. Two-dimensional finite element method is employed to calculate the electromagnetic parameters of this electric machine. Analysis results obtained from the transient simulation of electromagnetic field coupled with control circuit show that the torque ripple is reduced effectively by using the optimized rotor structure.     

三相无轴承异步电机的磁场定向控制

为实现三相无轴承异步电机的高性能悬浮和驱动控制,研究了4极转矩系统和2极磁悬浮系统的磁场定向控制问题.首先对转矩系统的气隙磁场定向和转子磁场定向控制进行了对比分析,然后分析了磁悬浮系统的磁场定向控制策略和非定极转子的感应补偿问题;最后,根据三相无轴承异步电机的运行控制特点,转矩系统采用了转子磁场定向、悬浮系统采用了气隙磁场定向和感应补偿的组合控制策略,对三相无轴承异步电机的控制系统进行了仿真和实验分析.结果表明:在额定转速范围内,可实现可靠的悬浮控制和良好的解耦控制性能.所采用的磁场定向控制策略是可行的.     

开槽实心转子电机磁场及性能分析

在转子表面轴向开槽可以改善实心转子异步电机的起动性能。通过三维有限元法研究实心转子异步电机的电磁性能,可以充分考虑铁心饱和、端部效应和磁场轴向分布等因素,与样机实验数据比较,验证了三维有限元仿真建模的正确性和准确性。基于三维有限元模型的分析,得到转子开槽个数和深度对实心转子电机电磁性能的影响,说明了合理的开槽可以有效提高电机的起动转矩,研究结果能够为该类电机的优化设计提供依据。