永磁无刷直流电机性能的影响因素的数学推导与仿真分析

在理论上推导出电机性能的影响因素是科学设计电机的前提。为了在理论上推导出影响永磁无刷直流电机的电磁转矩和电磁效率的影响因素,并用虚拟仿真加以验证,按照电机学的粘性阻尼理论,结合电磁学基本原理推导了电磁转矩和电磁效率关于各设计变量的公式。通过公式可以发现,此类电机的电磁转矩和电磁效率可用多元函数来表达,两者的决定性因素是额定电压、平均半匝长系数、永磁体厚度、极数和气隙等设计参数,并且经过数学分析可以得到电磁转矩和效率关于各设计变量的变化趋势。为了进一步证实理论推导的正确性,ANSYS Electronics Desktop软件的RMxprt模块进行了此类电机性能影响因素的仿真分析,分析结果与理论研究基本一致。这些趋势可以为永磁无刷直流电机研发人员选取优化设计变量和调整变量的数值提供方向。     

永磁无刷直流电机的多目标优化研究

CVVL电机是一种用于提升发动机性能、降低汽车耗油量的一款永磁无刷直流电机,以其为研究对象,以提高转子输出转矩、电机效率、降低转矩脉动和定子槽满率为优化目标,以永磁体厚度、转子外径、定子内径、定子槽身宽和定子槽身高5个对优化目标影响最大的结构参数为优化变量,利用仿真软件ANSYS平台对永磁无刷直流电机结构作多目标优化,得到最优解集,最后通过仿真和试验验证优化方法的可行性,结果表明优化后的电机性能全面提升,满足优化目标,本文的多目标优化方法可为永磁无刷直流电机的结构优化提供参考。     

基于恒流源的无刷直流电机转矩脉动抑制方法

为了抑制永磁无刷直流电机在传导区(非换相期间)的转矩脉动,提出基于恒流源的永磁无刷直流电机的控制方法。对永磁无刷直流电机在传导区(非换相期间)转矩脉动的机理进行全面分析,提出基于恒流源的永磁无刷直流电机的控制方法。该方法从理论上消除了无刷直流电机在传导区内的非导通相续流现象,从而有效抑制传导区内的转矩脉动、降低了开关损耗,而且使用单一直流母线电流反馈闭环控制,控制系统简单,提高了可靠性。应用MATLAB/SIMULINK实现了基于恒流源的永磁无刷直流电机双闭环控制系统仿真,通过仿真结果对比,验证了该控制方法可以有效抑制电磁转矩脉动。     

机器人关节永磁同步电机结构多目标优化

为提高机器人关节用无框永磁同步电机效率、减小齿槽转矩和转矩脉动,通过能量法推导出电机齿槽转矩解析式,确定影响电机转矩性能的4个重要参数：气隙长度、永磁体厚度、永磁体极弧系数、定子槽口宽度,并使用有限元方法分析各个参数对齿槽转矩的影响。基于响应面方法和多目标遗传算法,建立响应面回归模型,以提高电机效率和降低齿槽转矩为目标,得到永磁同步电机的帕累托前沿。最后根据约束条件和设计目标选择最优解,并利用有限元分析对初始方案和优化后方案进行对比分析。结果表明：该多目标优化方法可以设计出兼顾高效率和低齿槽转矩的目标电机。     

非对称V形内置式永磁同步电机电磁特性分析

非对称磁极内置式永磁同步电机可以在不降低电磁转矩的情况下有效降低齿槽转矩和转矩脉动，拓宽调速范围，电机结构可靠，制作难度低，在转矩性能要求高的场合具有广泛的应用前景。为研究非对称磁极转子磁场偏转后引起的电机电磁特性的变化，建立了新的数学分析模型，结合有限元分析方法对不同磁极结构永磁同步电机的电磁性能展开分析。仿真结果表明：非对称磁极结构可有效降低内置式永磁同步电机的转矩脉动和齿槽转矩；磁极正向偏移后在最大转矩电流比控制策略下具有更宽的恒功率区调速范围。最后，给出了非对称磁极永磁同步电机在实际工程应用时控制策略的实现方法。     

直流电机双闭环PI控制技术研究

研究直流电机双闭环控制技术。考虑动态摩擦转矩,根据直流电机动力学方程推导出直流电机的数学模型。由开环传递函数和PID控制器,利用闭环负反馈传递函数的幅频特性,推导出PI控制器参数的计算方法。利用Matlab/Simu-link软件构建直流电机双闭环PI控制系统,并进行仿真与离线调试。基于dSPACE实物仿真平台设计了直流电机双闭环PI实时仿真控制模型,实现直流电机转速的准确控制。仿真与试验结果表明:直流电机双闭环控制系统具有较好的动态性能,与实际情况非常接近;所建电机模型精度高,PI控制参数的计算方法简单可行,便于掌握和推广应用。     

基于遗传算法的高速永磁电机联合仿真优化

为提升高速永磁同步电机(HSPMSM)优化效率与电磁性能，提出一种基于遗传算法和TOPSIS法的HSPMSM联合仿真优化方法。首先，借助ANSYS Maxwell有限元仿真软件对HSPMSM进行参数化建模，进一步建立4极30槽HSPMSM的Maxwell&Workbench&Optislong联合仿真模型；其次，运用遗传算法对电机进行全局多目标优化得到Pareto解集，使用优劣解距离法(TOPSIS)从解集中客观选取最优高速永磁同步电机设计方案；最后，对比优化设计前后高速电机的各项性能，仿真结果表明采用遗传算法和TOPSIS法不但提升了高速电机多目标优化效率，且有效削弱电机转矩脉动和齿槽转矩，电机转矩脉动从6.21%降低至2.96%,电机齿槽转矩从0.341 N·m降低至0.052 N·m,降低了85%。     

非理想反电势无刷直流电机转矩脉动抑制

从无刷直流电机转矩脉动产生的机理出发,分析了非理想反电动势情况下转矩脉动产生的原因,提出了通过直接转矩控制减少电磁转矩脉动的控制策略.仿真验证该控制方法能有效抑制由非理想反电势引起的无刷直流电机的转矩脉动.     

定子齿开槽对六相电机齿槽转矩的影响

针对六相永磁电机齿槽转矩过高引起振动和噪声问题,以一台12槽10极表贴式永磁电机为例,提出一种在定子齿开辅助槽的方法降低齿槽转矩。分析永磁电机齿槽转矩的工作原理,推导出齿槽转矩与开槽结构的解析关系;对定子齿开槽方法进行设计,进一步对辅助槽位置、数量和尺寸进行分析和优化;对开槽前后电机进行有限元仿真分析,并与初始电机进行性能对比。结果表明：定子齿开辅助槽对于抑制齿槽转矩有着显著作用,最大可减小约91.8%。结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于MC9S12DG128的无刷直流电机矢量控制系统

以MC9S12DG128为控制核心,提出一种id=0的矢量控制方法实现无刷直流电机转矩平滑控制,并设计无刷直流电机矢量控制程序,最后得出无刷直流电机矢量控制在Matlab/Simulink仿真平台下的仿真结果.仿真结果表明:利用id=0矢量控制方法,能够很好地抑制和消除转矩脉动,实现无刷直流电机转矩的平滑控制.     

基于重复控制补偿的无刷直流电机双环控制

近年来永磁无刷直流电机得到了广泛应用,但转矩脉动引起的转速波动限制了其在伺服领域的发展.由于转矩脉动是随转子角度变化的周期性函数,故设计了一种新型的基于重复控制补偿的双环控制器.运用Simulink分别对基于重复控制补偿的双环控制器和常规PI双环控制器进行仿真.结果表明,基于重复控制补偿的双环控制策略在无刷直流电机控制系统中对周期性转矩脉动具有很好的抑制性.     

永磁无刷直流电动机的特性研究

本文介绍了自行研制的０．７５ＫＷ永磁无刷直流电动机的结构原理及性能参数，理论推导了转矩和转速关系式，结合实验分析了电机的工作特性和调速特性，并提出了改变换向触发角可以调速的新方法。     

永磁同步电机极弧参数对齿槽转矩的影响

永磁体的极弧范围直接影响着永磁同步电机的额定转矩和齿槽转矩,进而影响电机能量的输出效率。本文以一台0.75 kW、10极12槽的表贴式永磁同步电机为研究对象,通过改变永磁体磁极的极弧参数(0.5~1),运用ANSOFT有限元仿真软件,分别模拟在不同极弧参数下永磁同步电机的额定转矩、齿槽转矩,分析该台电机的效率,总结出最佳的磁极极弧参数,以实现提高电机输出功率并减小齿槽转矩的目的。     

超强型齿层永磁混合式步进电机结构原理及性能分析

结合定子永磁混合式步进电机和超强型混合式步进电机结构及性能优点,提出一种仅在定转子齿层放置永磁磁条的超强型齿层永磁混合式步进电机,具有定转子结构简单、转矩和功率密度高、电磁场二维分布、设计分析计算方便等特点。针对电机结构特征、运行原理及转矩提升机制进行理论分析。基于归一化分析方法和二维有限元计算,探究齿高、齿宽、齿距、气隙等齿层参数变化对空载反电势、定位转矩、输出转矩、转矩脉动、保持转矩等电机性能的影响规律,提出该类电机齿层参数优化设计准则。将同规格定子轭部永磁混合式步进电机、定子齿层永磁混合式步进电机与所提出的超强型齿层永磁混合式步进电机进行性能比较研究,验证了理论分析的正确性及新型电机结构性能的优越性。     

水冷永磁电机温度场计算与分析

温升一直是永磁电机的主要研究课题之一,为了确保永磁电机在正常的工作温度,不影响其工作性能,对其温度场进行分析研究。通过试验与理论相结合的方式计算出铜耗与铁耗,并以其计算值为热源量,利用SolidWorks有限元软件对永磁电机进行三维稳态温度场仿真。最后对比试验数据与仿真结果,其结果表明该计算方法是可行的,可以为永磁电机的设计提供一定的参考。     

驱动高速开关的无刷直流电机SMO-ANF-DTC方法北大核心

无刷直流电机具有高效率和低噪声优点,在高速开关(high speed switch,HSS)的驱动方面具有良好的应用前景,但是电机转矩脉动会影响高速开关的稳态和动态调控性能。为此,研究了一种基于优化滑模观测器-自适应陷波器-直接转矩控制(SMO-ANF-DTC)的转矩脉动抑制方法。通过构建外环速度环和内环电流环的双闭环控制提升系统的精确度和抗干扰能力;在直接转矩控制基础上加入优化滑模观测器和自适应滤波器,进行电机驱动的谐波抑制。该控制方法在进行转矩脉动抑制的同时,提升了电机控制的精度和稳定性。通过仿真对比了传统控制策略与提出控制策略的相电流波形和转矩波形,在使用SMO-ANF-DTC控制方法后,相电流输出波形与转矩波形顶部的波动明显减少。结果表明所提出的控制策略能够提升电机的性能。     

装配间隙对定子模块化永磁电机齿槽转矩的影响

为降低部分电机定子绕组下线难度,文章在原始定子结构基础上,采用一种模块化定子结构。由于模块化定子制造及装配精度限制,使定子齿部与定子轭部接触面之间存在一定装配间隙,该间隙影响电机的齿槽转矩。首先建立模块化定子永磁电机有限元模型和分析齿槽转矩产生机理,然后采用有限元技术分析模块化定子不同装配间隙参数对齿槽转矩影响规律,最后提出了合理的装配间隙。研究表明:合理装配间隙的模块化定子可以有效地削弱永磁电机齿槽转矩、提高电机电磁性能。     

张力减径过程中电机功率的理论计算及分析

结合宝钢钢管厂的实际情况,从一般能量原理出发,采用轴对称模型,利用上限法推导出可以计算电机功率的多变量公式,并从理论上计算出在张减过程中电机负功率的存在。实践证明,该公式的计算结果与实际情况基本一致,可以作为经验公式指导生产。     

高压断路器永磁无刷直流电机机构伺服控制系统的设计

为了实现高压断路器的智能化操作,本文在研究高压断路器电机机构的基础上,设计永磁无刷直流电机机构的控制系统.系统硬件电路包括电机桥式驱动电路、转子位置检测电路、IGBT驱动保护电路和CAN通讯电路等,并设计控制系统的软件程序,同时系统具有信息采集和处理功能.搭建伺服控制系统与高压断路器永磁无刷直流电机机构联机实验平台,进行高压断路器的分、合闸实验操作.从实验结果可知:所设计的控制系统能够驱动高压断路器按照要求完成分合闸操作,具有响应速度快、稳定性好、实时性强等优点.     

导体铜套开槽筒式永磁联轴器的设计与研究

研究齿槽转矩产生的机制,利用有限元电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立永磁联轴器二维模型,分析导体铜套开槽筒式永磁联轴器输出转矩提高和转矩波动范围增大的原因。依据齿槽转矩产生机制,进一步分析开槽数量与磁极数的关系对齿槽转矩的影响规律,还通过仿真得到不同槽宽占空比、永磁体占空比条件下PMC的齿槽转矩和输出转矩特性曲线,给出削弱齿槽转矩、提高输出转矩并减小转矩波动的参数优化方法,为永磁联轴器的设计应用提供一定的理论参考。