轴向磁通线圈辅助定子励磁双凸极无刷直流电机及转矩脉动抑制方法

传统永磁无刷直流电机(brushless direct current motor,BLDCM)无法控制永磁磁通量及永磁体固有缺陷,限制了其在许多高科技领域中的应用。该文提出新型双凸极无永磁BLDCM。突破传统结构原理,用轴向线圈磁场辅助径向定子励磁,取消永磁材料特性制约。线圈辅助定子励磁电机更高输出转矩特性可通过提高气隙磁通及电枢绕组的电流实现。用有限元软件进行数值分析并验证其准确性和有效性;基于该电机的特殊结构和电感模型,搭建联合仿真模型,用三相六状态角度导通方式,增加输出转矩,减小转矩脉动;根据辅助励磁线圈调磁特性,进行励磁线圈和电枢绕组混合之励磁电流-转矩控制。实验验证新型结构电机样机及控制方法的可行性和有效性。     

轴向线圈辅助磁阻型双凸极电机控制策略研究

针对传统永磁直流电机中永磁体在高温高压下可能退磁并且不能调磁的问题,设计一种轴向线圈辅助磁阻型双凸极电机,并依据双凸极电机的运行原理,基于该电机的特殊结构和电感模型,在标准角度导通方式的基础上提出一种三相六状态角度导通方式。通过搭建双组功率逆变模块,利用中央辅助励磁线圈可增磁弱磁的原理,提出励磁电流—转矩直接控制策略,通过控制换相时刻励磁电流的大小以实现励磁电流的自适应调节进而实现对输出转矩的控制。最终经过场—路耦合分析和实验分别验证控制方法的可行性和有效性,使电机运行更加平稳。     

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。     

新型凸极式转子无刷电励磁直流电机设计与分析

为了消除永磁无刷直流电机中永磁体存在的固有缺陷,本文提出一种新型凸极式转子无刷电励磁直流电机,即用通电激磁线圈代替永磁体,实现增磁、弱磁之间的无扰动衔接,控制输出转矩,拓宽了电机的转速范围。本文对电机的拓扑结构及工作原理进行了详细介绍,提出了电机的设计方法,并运用三维有限元方法对电磁特性进行了分析,得到转速及转矩特性表明电机设计的合理性,符合电机设计要求,且电机性能良好。通过制作样机的实测数据较好的验证了有限元分析的结果,同时实验证明电机起动响应速度快,起动后电机稳定运行性能好。结果表明此电机能够应用于响应速度快、调速范围宽,输出转矩大等场合,具有理论意义与实际应用价值。     

转子结构对轴向磁通开关磁阻电机的影响分析

轴向磁通开关磁阻电机具有传统开关磁阻电机和轴向磁通电机的优点,能够适用于许多场合.考虑到工程样机装配过程中转子磁极的固定问题,在转子中引入凸台结构.研究了理想状态下轴向磁通开关磁阻电机定、转子极弧系数和转子厚度对电机性能的影响;在保证定、转子极弧系数和转子厚度不变的前提下,对引入的凸台结构进行分析,选取了最佳的凸台厚度...     

双凸极无刷直流电机的静态特性

一、引言 双凸极无刷直流电机是在双凸极永磁电机基础上发展起来的一种新型无刷直流电机[1—4],电机的结构和制造工艺都非常简单,因而可靠性高、成本低。电机的基本结构与开关磁阻电机类似,其定、转子均为凸极齿槽结构,定子和转子铁芯均由硅钢片迭压而成,定子上装有集中电枢绕组和励磁绕组,转子上无绕组,空间相对的定子齿上的绕组串联构成一相。图1是一台三相12/8     

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。     

转子齿形状对10极12槽开关磁通电机转矩特性的影响

开关磁通永磁电机是一种新型的双凸极结构无刷电机,功率密度高且结构简单,但由于其自身的双凸极结构,转矩波动较大,会引起较大的振动和噪声。针对一种应用于电动汽车的10极12槽开关磁通永磁电机,研究开关磁通永磁电机电磁转矩,齿槽转矩与转矩波动的特点。利用有限元分析法研究分析不同绕组结构以及不同转子齿结构(包括开槽齿、阶梯齿、偏心齿)对转矩性能的影响。将开关磁通永磁电机的新型转子齿结构特性与传统转子齿结构特性进行对比分析,通过仿真数据验证这几种新型转子齿结构可以实现有效减小齿槽转矩与转矩波动的功能,并且其输出的电磁转矩减小比例不大。     

磁通切换型双凸极永磁同步电机研究与分析

磁通切换型双凸极永磁同步电机具有结构简单、输出转矩大、转矩密度高以及磁链、反电势正弦等优点,能够有效拓宽电机调速范围,适用于新型混合动力汽车和新能源发电等领域。在深入分析磁通切换型永磁同步电机磁通切换工作原理基础上,采用有限元设计了一台12槽/10极磁通切换型双凸极电机,计算了其电动状态下气隙磁场、永磁磁链和反电动势等静态特性,研究了其不平衡磁拉力。在此基础上,对所设计电机转矩性能进行了分析和优化,定量研究了影响其齿槽转矩的主要因素。最后通过一台2 k W样机对其转矩特性进行了实验验证,实验结果与Ansoft有限元仿真结果一致,验证了上述方法的正确性。     

磁障转子无刷双馈电机运行特性及实验研究

针对普通凸极磁阻转子无刷双馈电机的转子耦合能力差、效率低的问题,提出一种结构简单、性能良好的磁障转子结构,设计了额定功率为5kW、6/2极的转子带磁障的无刷双馈磁阻电机,运用有限元法分析了转子带磁障无刷双馈磁阻电机的电动和发电运行特性,在此基础上,对转子带磁障的无刷双馈电机进行了变速恒频发电的开环实验。理论分析和实验研究结果表明:适当在转子铁心中加入磁障,可以有效改善转子带磁障的无刷双馈磁阻电机的性能,同时又保留普通凸极磁阻转子结构简单和成本低廉的优点,为今后设计大功率磁障转子无刷双馈磁阻电机提供有价值的参考依据。     

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%。     

新型轴向磁通双凸极永磁电机设计与建模仿真

设计了一种具有双定子的新型结构轴向磁通双凸极永磁电机。使用有限元方法对该新型电机进行分析,得到了空载情况下的自感、磁链等特性曲线。针对该新型电机的特点,给出了双凸极电机的数学模型。参照径向磁通双凸极电机的建模方法,结合获得的绕组自感和磁链数据,搭建了基于MATLAB/Simulink的电机转速、电流双闭环调速系统的模型,成功仿真出该电机的转速、电流、转矩等波形。系统的仿真结果表明该新型电机运行可靠、便于控制。     

双凸极无刷直流起动发电机研究

电励磁双凸极无刷直流发电机配以起动功率变换器就构成了起动发电机，与开关磁阻起动发电机一样均具有可在高温高速下工作的能力。本文分析了该起动发动机的基本原理，标准和换相提前控制时的机械特性和机械特性的合成方法，减小转矩脉动和输出电压脉动的方法，比较了有刷与无刷两种电机起动航空发动机的试验结果。试验表明：电励磁双凸极电机是一种性能较好的航空用起动/发电机。     

不同转子结构的无刷双馈电机磁场调制的分析

介绍了无刷双馈电机的结构特点,利用Ansoft/Maxwell 2D对笼型带深槽转子、凸极加导条转子和磁障式磁阻转子的无刷双馈电机分别进行建模和二维瞬态电磁场有限元计算,得出电机磁力线分布,气隙磁通密度波形,通过对气隙磁通密度波形的谐波频谱分析,得到磁障式磁阻转子结构具有较好的极数转换功能,即磁场调制效果较好.     

双凸极无刷直流电机三相九状态控制策略研究

该文从机电能量转换角度深入研究了双凸极电机电感周期变化特性对转矩输出能力的影响规律,提出双凸极无刷直流电动机的三相九状态控制方法。分析了双凸极电机三相绕组电感周期变化对相电流通入规律和进一步提升电磁转矩的控制规律的影响。采用场路耦合方法建立双凸极电机驱动系统模型,对比分析三相六状态和三相九状态控制策略对电流和输出转矩影响特性,得到不同转速和转矩下三相九状态控制的开关管优化导通逻辑和提前角参数。研制了1.3 k W双凸极无刷直流原理样机,实验验证了三相九状态控制策略对双凸极电动机输出转矩能力和调速系统运行效率的提高具有明显优势。     

新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机基础研究

为了实现磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)转矩和悬浮力的自然解耦,提出了一种新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机(HEBSRM)。新型HEBSRM由12/14极BSRM、环形永磁体和径向磁轴承三部分组成。12/14极BSRM的转矩极和悬浮极之间嵌有隔磁环,使转矩磁通路径完全独立于悬浮磁通路径,从而在结构上实现转矩与悬浮力解耦。此外,详细推导了电机径向悬浮力的数学模型,并且通过有限元分析验证了新型HEBSRM结构的合理性。     

轴向磁通电励磁双凸极电机及容错运行控制策略

为使电机系统具有更高的可靠性、较强的容错能力,本文提出一种新型轴向磁通电励磁双凸极电机驱动系统。所提电机不仅具有开关磁阻电机结构坚固、可靠度高的特点,而且还解决了传统电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Motor, DSEM)各相励磁磁路不一致问题。利用可控的励磁磁场补偿电枢磁场以达到容错控制及抑制转矩脉动的目的,并建立非线性数学模型,对新型DSEM驱动系统在三相三状态运行、单相开路、容错控制及加入励磁电流角度控制这四种不同工作状态下的转矩特性进行分析研究。本文的仿真和样机实验结果表明,容错控制策略可以有效降低单相开路故障对电机运行产生的影响,由此验证了新型DSEM拓扑结构的可行性。     

新型永磁型磁通切换型磁阻电机齿槽转矩机理分析和解析分析模型

永磁型磁通切换型磁阻电机(PMFSM)是一种新型定子永磁型双凸极磁阻电机,具有励磁损耗低和效率高的特点。PMFSM独特的双凸极结构和固定的定转子齿数配合使其齿槽转矩问题较传统永磁电机更加突出。针对目前对PMFSM齿槽转矩研究的不足,本文对比分析了PMFSM与传统永磁电机齿槽转矩机理特点和不同,建立了一套适合于PMFSM齿槽转矩解析分析方法,据此建立了与电机结构参数直接相关的PMFSM齿槽转矩解析模型,对削弱PMFSM的齿槽转矩具有重要的实际工程指导意义。     

外转子双凸极永磁电动机的有限元分析

在双凸极变磁阻电机基础上，提出了一种外转子结构的双凸极永磁电动机并确定了其结构尺寸。针对该电机在不同转子位置角、不同电枢电流分别工作在单拍和双拍时的空载、负载以及电枢磁场单独作用的情况进行了基于场量的有限元数值计算，并进一步得出了该电机的静态参数特性曲线。分析表明，相对于双凸极变磁阻电机而言，由于该电机高磁阻高矫顽力的永磁体的存在，电机电枢磁链只能通过相邻极闭合而不能穿过磁钢匝链到其他相，使得绕组电感特性发生了变化。电枢磁通对永磁磁通增磁或去磁特性改变了永磁磁链的流向。电机由半周期控制运行模式变为全周期控制运行。     

爪极式无刷电机磁路结构的改进

内磁路爪极式无刷发电机结构原理如图1:在转子轴1上固定有圆柱形磁轭2及爪极3,另一爪极4用不导磁材料和爪极3联在一起,激磁线圈5绕在线圈架6上,线圈架用螺钉和端盖固定。线圈5通电后产生磁场,磁通经磁轭2,爪极3、主气隙到定子,从定子经主气隙,爪极4,第二气隙,线圈架回到磁轭形成回路,在转子转动时激磁部分不动从而实现了无刷激磁。该类电机比功高,结构紧凑,是汽车电机的理想机型,日益受汽车电机生产厂家重视,但由于电机磁路结构中线圈架成型,爪和轴的联接,爪极之间联接的工艺性差,阻碍了它的发展。为此,我们在分析国内外样机的基础上对这些部分进行了改进,分述如下: