横向磁通永磁电机的三维电磁场分析

横向磁通永磁电机转矩密度远高于普通结构电机，但结构较复杂，内部磁场呈三维分布.为弄清横向磁通电机内部磁场的分布及优化设计规律，需采用三维有限元的分析方法.通过采用ANSYS软件进行分析，并用ANSYS的APDL语言进行二次开发编程，对一种三相分布在同一个圆周上的永磁体内置式横向磁通永磁电机进行了三维电磁场分析，对该电机不符合周期条件的三维电磁场求解区域在工程设计允许范围内进行了简化处理，在电磁场分析计算的基础上，给出了电机参数计算方法，并给出了在此基础上的数学模型，对横向磁通永磁电机的空载及负载电磁场进行了计算，给出了空载反电动势和电抗的计算方法, 最后，通过与样机测试结果的对照研究，验证和完善分析方法.     

新型盘式横向磁通电机三维等效磁路研究

横向磁场永磁电机具有低转速、高转矩密度特点,在介绍横向磁通永磁电机发展的基础上,针对电动车轮毂驱动设计一种新型盘式横向磁通电机,通过三维有限元和三维磁网络法分析了磁通磁阻,建立了磁路模型,研究新型盘式电机磁阻对气隙磁密的影响,并对样机气隙磁密分布进行计算,平均气隙磁密与有限元仿真分析结果基本一致。研究表明所提出拓扑结构的合理性和研究方法的正确性。     

低转矩波动交错转子连续极轴向磁通永磁电机设计

为消除轴向磁通电机中的偶次谐波，本文结合双转子连续极轴向磁通电机的结构特点，设计了一种转子交错布置的交错转子连续极轴向磁通电机。通过使用两转子之间交错180°电角度的交错转子连续极轴向磁通结构，消除了电机总气隙磁密中的偶次谐波，使电机转矩波动得到了显著降低。通过使用简化磁路，对交错转子连续极轴向磁通结构消除偶次谐波的原理进行了说明。最后通过有限元软件进行仿真验证。结果表明：本文提出的交错转子连续极轴向磁通电机虽然单个转子产生的相反电势中仍然存在大量的偶次谐波，但两转子共同产生的总相反电势中不存在偶次谐波，从而消除了电机中偶次谐波对电机转矩波动的影响；与传统连续极轴向磁通电机相比，交错转子连续极轴向磁通电机的转矩波动由49.06%降至7.09%，降低了85.55%；电机相反电势在电机绕组不变的基础上消除了偶次谐波，表明电机转子磁动势在电机定子的磁场中不存在偶次谐波，因此相比于传统连续极轴向磁通电机，交错转子连续极轴向磁通电机的铁耗由302.43W降至276.43 W，降低了8.59%；此外，交错转子连续极轴向磁通电机的平均转矩由传统连续极轴向磁通电机的621.17 N·m提升至677.6...     

扇形绕组盘式力矩电机设计

为了提升盘式力矩电机转矩,提出采用PCB定子扇形绕组结构,对定子中扇形绕组的覆铜厚度、覆铜宽度、导体之间的最小距离等参数进行设计,对比普通轴向充磁与Halbach排布时气隙磁密的正弦性,确定永磁体转子的排布方式.根据计算所得的参数对电机进行建模,并使用Maxwell有限元分析仿真软件进行仿真分析,对比定子绕组形状为圆形绕组、梯形绕组、扇形绕组时电机的负载转矩大小.搭建实验平台,完成样机实验,仿真和实测结果表明扇形绕组定子结构的转矩优于其他结构形式.     

可调磁通电机系统及其关键技术发展

针对传统汽车工业发展面临的能源危机和环境污染等问题,为满足新能源汽车驱动电机在宽调速范围内高效率运行的需求,对可调磁通电机（variable-flux machine,VFM）系统及其关键技术发展进行综述.首先,介绍了可调磁通电机的应用背景与工作原理;之后,简要分析了各类可调磁通电机（包括交流调磁型、直流调磁型和机械调磁型）的拓扑结构和优缺点,总结了不同种类可调磁通电机的结构特点和设计方法;最后,针对可调磁通电机特殊的工作原理,以及电机在负载运行和在线调磁控制时对参数在线辨识、调磁电流控制和转矩波动抑制等方面的需求,总结了专用于可调磁通电机的控制策略（包括磁链观测器、电流与转矩控制策略以及调磁与调速控制策略）,分析了各种控制策略的理论依据、实现方法、系统框架及优缺点.结果表明:可调磁通电机能够调节电机气隙磁场强弱,从而扩宽电机的转速范围,同时提高电机在高速区的运行效率;采用先进的控制策略,能够实现电机的在线调磁及调速控制,并降低转矩波动和调磁损耗,保证系统高效、稳定运行.新型可调磁通电机系统的提出及相关技术发展,将使可调磁通电机系统在电动汽车、数控机床等领域得到更广泛的应用,是未来新能源领域重点发展的核心技术之一.     

Z型极靴聚磁式磁齿轮设计与仿真分析

提出并研究一种Z型极靴聚磁式磁齿轮(ZP-FFMG).在该磁齿轮结构中，Z型极靴可以耦合转子端面和圆柱面的磁通.通过三维仿真可知，Z型极靴聚磁式磁齿轮中存在有助于传递转矩的轴向和径向磁通分量.对比分析传统聚磁式磁齿轮(FFMG)和Z型极靴聚磁式磁齿轮，结果表明，与传统聚磁式磁齿轮相比，Z型极靴聚磁式磁齿轮的传递转矩提高42%，转矩密度增加15 kN·m/m³，同时磁通密度也有改善.     

新型抽油机用盘式永磁电机的磁场与力特性

为了提高传统游梁式抽油机的效率并简化系统结构,提出了用盘式永磁电机直接替代原系统的三相感应电机及减速机构,新系统采用背靠背双盘式永磁电机直接驱动连杆.考虑盘式永磁电机磁场分布的特点,采用三维有限元方法分析了该电机一对极下气隙中的磁通密度,计算了空载电动势、转矩与轴向吸力,其中电机转矩和空载电动势与样机实验值相吻合,证明了三维有限元分析的结果比传统设计方法更准确.研究表明,盘式永磁电机驱动的新型抽油机结构简单,效率高,并能够在低速时提供大转矩,有利于抽油机的起动.     

新型横向磁通电机设计及其自定位力分析

横向磁场永磁电机具有低转速、高转矩密度的特点,文章在介绍横向磁通永磁电机的基础上,针对电动汽车轮毂设计了一种新型盘式横向磁通电机,其结构简单,成本低,显著特点在于充分提高了永磁体和轮毂空间的利用率。随后,对样机模型进行了自定位力三维有限元分析,并计算了新型样机的自定位力矩,给出了实验数据,并与有限元仿真结果对比分析,表明该理论研究方法的有效性和样机制作的合理性、正确性,为进行深入研究奠定了基础。     

对转螺旋桨用永磁盘式对转电机磁场仿真分析

为了解决传统对转螺旋浆电力推进电机的成本高、定转子散热和输出转矩不平衡的问题,设计了一种新型结构的单定子、双转子永磁盘式对转电机。介绍了该电机的基本结构、运行原理和电机磁路特点,对电机内部对转磁场的耦合问题进行了分析,并引入等效磁路模型,同时给出了直角坐标系下,转子磁极表面的磁通密度公式,采用有限元法分析电机气隙磁场和平均半径处的气隙磁密。制造了一台盘式对转样机,并搭建试验平台测试了电机的三相感应电动势。测试结果表明：由于电机定子绕组端部长度的不对称,出现了三相感应电动势的不平衡现象。     

横向磁通永磁电机直接转矩控制系统研究

横向磁通永磁电机具有高转矩密度等优点,但其转矩脉动严重地影响了输出特性。提出一种改进的空间矢量直接转矩控制方法,并增加电压矢量数量及磁链区域的进一步细分,改变定子磁链和转矩的估测模型及磁链角的获取,使开关频率增加,转矩脉动减小,以削弱电流谐波,可有效地减小转矩脉动和磁链,电机得到平稳运行。将传统直接转矩与改进的空间矢量直接转矩控制进行对比研究,研究表明,改进的直接转矩控制减小了转矩脉动,增加了负载转矩,使横向磁通永磁电机工作性能得到提升。     

磁通切换电机研究现状与展望

磁通切换电机继承了无刷结构的双凸极电机转子上既无永磁体也无绕组,结构简单、坚固耐用,适合宽转速范围运行等诸多特点,而且每相电枢绕组匝链的磁链为双极性,因此反电动势常数和输出转矩高于磁链为单极性的电机,具有广泛的工业应用前景。文章分别阐述了电励磁、永磁和混合励磁切换电机的基本原理、工作特性、电机设计和分析方法,针对磁通切换电机研究现状和存在的不足,探讨了磁通切换电机技术的发展趋势和研究方向。     

新型横向磁场永磁电机敛磁分析

由于横向磁场永磁电机具有低转速、高转矩密度的特点,在电机领域被广泛研究,然而由于其结构特点和其它因素的存在,使电机的漏磁大、功率因数偏低,降低了横向磁场永磁电机的性能。提出了一种新颖的敛磁结构,并应用于横向磁场永磁电机模型中,该结构不用增加电流密度或改变气隙大小就可以提高转矩。研究表明该敛磁结构具有很好的敛磁效果,极大地减少了极间漏磁,从而可以提高横向磁场永磁电机的工作性能。     

轴径向气隙混合磁路多边耦合电机的弱磁控制

在电机轴向引入励磁线圈,使电机主磁场的磁通可调.控制轴向线圈电流的大小和方向,可以实现增磁控制和弱磁控制,可控制电枢绕组电流全部为转矩电流,从而简化了电枢绕组电流的控制.给出了电机的结构,通过解析和仿真分析了增磁和弱磁控制的方案,并进行了相应的实验.理论分析和实验结果表明,增磁控制使得电机具有低速大转矩特性,弱磁控制使得电机高速接近恒功率的特性,能够满足电动车驱动等宽调速范围应用的需要.     

新型混合励磁爪极电机Ansoft 3D仿真分析

针对现阶段爪极电机的效率低、电机空间利用率低和易磁饱和等问题,根据爪极电机的相关结构,提出一种利用电机端部空间实现混合励磁的新型电机,使用Ansoft软件构建电机的三维仿真模型,并对电机的磁场性能进行仿真分析.对比了新型爪极电机与传统爪极电机空载状态下的磁密和磁链特性,同时分析了新型爪极电机的齿槽转矩特性.结果表明,新型爪极电机具有更高的磁密与磁链特性,同时还具有更不易磁饱和特性.此外新型爪极电机具有较小的齿槽转矩,可以应用到驱动电机领域.     

横向磁通开关磁阻电机转矩能力的分析

设计了1台永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机(PM-shield TFSRM)。通过在定、转子极间装设永磁体来屏蔽气隙中的漏磁,以提高输出转矩。采用三维有限元分析方法对电机的磁场进行了分析,表明了永磁屏蔽的有效性。在相同电流通过时,具有永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机的平均转矩比没有永磁屏蔽的提高近1倍。     

多相感应电机转子磁场定向矢量控制策略

针对多相感应电机正弦供电时铁芯利用率低、输出转矩小的问题,通过分析多相电机的磁动势分布和谐波磁场对电机气隙磁密和轭部磁密的影响,提出基于谐波电流注入的转子磁场定向矢量控制方法.通过注入满足一定比例和相位关系的各次谐波电流,优化气隙磁密和轭部磁密为平顶波,并在一台九相集中整距绕组感应电机上进行实验验证.结果表明:在保持气隙磁密幅值、轭部磁密幅值和定子铜耗与基波供电分别相等的条件下,可以有效地提高电机输出转矩和电机效率;同时系统在低速下具有良好的动态响应和带载起动能力,适合应用于低速大转矩场合.     

基于Maxwell软件对驱动电机定子齿结构优化分析

对一款驱动电机定子齿顶结构进行优化,以降低电机本体的空径向气隙磁通密度、径向磁拉力,并对其进行傅立叶分析,其径向气隙磁通密度、磁拉力谐波幅值、峰峰值均有不同程度的降幅,电机径向磁拉力减小,电机本体负载扭矩波动幅度降低。实验表明,通过对电机定子齿顶结构进行优化,可降低纯电动汽车的噪音。     

永磁同步电机直接交轴磁链控制

隐极式永磁同步电机转矩中定子磁链幅值和转矩角均为可控变量,两者的共同作用效果即为交轴磁链.以定子绕组星形连接的永磁同步电机为例,提出了一种通过控制交轴磁链实现对电机转矩直接控制的方法.该方法直接根据转矩控制要求选择优化的电压矢量实现对电机交轴磁链的控制,不要求保持定子磁链幅值恒定,不需要复杂的坐标变换.仿真结果验证了理论分析的正确性和控制方法的可行性.     

动磁式横向磁通直线振荡电机设计

为了实现具有高可靠性的短行程高频往复运动,提出一种动磁式横向磁通直线振荡电机.该电机由单相电源驱动,铁芯叠装方式与普通旋转电机相同,具有结构简单紧凑,动子质量轻,加工难度小,力特性好等优点,适合用于人工心脏、泵、压缩机等领域.针对该电机运行特点,建立电机等效数学模型,推导电磁推力的计算公式与系统的谐振频率,采用三维有限元模型确定电机内外定子和永磁体的设计依据,提出测试方法,并测得样机的静态电磁推力与谐振频率特性.结果表明,电机在等效机械谐振点运行时获得较高的效率且推力与绕组电流成正比.     

基于磁链观测器的无速度传感器DTC系统的实现

针对在传统的直接转矩控制系统中，定子磁链受定子电阻及积分计算的影响使参数辨识不准确这一点，将一种新型磁链观测器应用于直接转矩控制系统中，取代传统的纯积分器，并进行对比仿真.得知该磁链观测器对定子磁链的观测精度较高，对于电机参数的鲁棒性较好，在电机低速运行时仍能实现对定子磁链准确的观测.在此基础上，提出了一种神经网络辨识电机转速的新方案.该神经网络结构简单，不受电动机负载、参数等影响，通过简单快速的运算，便可得到正确的辨识结果.