混合动力汽车ISG用混合永磁同步电机转子研究

设计了一款混合动力汽车集成式起动发电机(ISG),用钕铁硼和铁氧体混合永磁的永磁同步电机(PMSM)。分析了两种永磁体的结构参数对电机磁路的影响规律,推导了钕铁硼和铁氧体并联磁路的约束条件;以铁氧体的不可逆退磁量和电机的基本性能为优化目标,通过场-路结合的方法,确定了钕铁硼和铁氧体的结构参数;并与传统的钕铁硼PMSM在电机性能和永磁体成本等方面进行了比较分析。研究结果表明,所提出的ISG混合永磁电机能有效地减少永磁体材料成本和铁氧体退磁风险,电机性能达到了设计要求。     

车用内置式永磁同步电机局部退磁分析

抗退磁能力是评价永磁电机性能优劣的重要因素之一,车用永磁同步电机受工作环境、功率密度等影响,永磁体易产生局部退磁。本文概述了永磁体的退磁机理,以一台存在局部退磁风险的8极48槽内置式永磁同步电机为例,分析了电机产生局部退磁时的转子磁场分布,提出在局部退磁区域增加辅助槽以增大该区域等效气隙来消除永磁体局部退磁风险的方法,分析了辅助槽尺寸对永磁体退磁情况及电机输出转矩的影响,通过选择合适的辅助槽尺寸消除了电机永磁体局部退磁的风险。     

内置式永磁电机磁极优化及磁热耦合仿真

针对分数槽集中绕组永磁同步电机的损耗高、效率低等问题,提出通过对内置式永磁电机转子磁路结构进行优化的方式来提高电机效率,并利用有限元方法进行计算、建模仿真和验证。利用有限元分析方法,分别针对一字型、弓型、阶梯型、线性型等转子磁路结构电机进行空载、负载的电磁计算与分析,计算结果表明,在电机功率、尺寸、转速相同,永磁体用量和位置相同的情况下,磁极优化后电机的反电动势波形更好、损耗更低、效率更高。为了进一步验证电磁场分析结果的正确性,将电磁计算结果以热载荷的形式加载到电机有限元温度场仿真的模型中,通过有限元电磁场与温度场耦合仿真,进一步证明磁极优化后电机的效率显著提高,温升明显下降,电机磁极优化可以大大提高电机的效率。     

混合动力汽车牵引电机永磁体温度建模

建立了两个不同永磁体温度预测模型:模型一是从温度与永磁体性能的关系出发,由实时检测的电压、电流、转速和绕组温度通过运算而求得永磁体温度;模型二是从电机的损耗出发,建立了电机的热路,该热路包含连接点,热阻和热源,体现了整个电机内的热循环过程,求解热路而得到永磁体温度。另外,考虑永磁体涡流损耗,进一步提高计算精确性。在三相正弦电压供电下,对以给定电机进行计算,结果由实验验证。对PWM电源供电的情况下,由于PWM波中含有大量的高次谐波,因此永磁体温升明显。此外,通过有限元仿真进一步验证了本文所提的两种温度预测模型的正确性。     

模块化永磁电机的设计分析与实验

模块化永磁(MPM)电机是一种新型永磁无刷电机,具有功率密度高、容错性能好等优点,适合于高可靠性驱动领域的应用。本文介绍了MPM电机的结构特点,分析了容错机理,推导了电机参数设计方程,并以最大转矩密度为目标进行电机优化设计。运用有限元法和系统场路耦合法对所设计的MPM电机的电磁性能进行计算分析,制造了一台四相MPM实验样机,并对其进行了测试。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性,本文的工作为MPM电机的运行控制建立了基础。     

故障状态下同步电机永磁体磁性能的有限元分析

对于永磁电机而言,故障状态下的外部退磁磁场对永磁体磁性能的影响,一直是影响永磁电机设计的关键之一.利用场路耦合时步有限元法,建立合理有效的数学模型来模拟故障状态下永磁电机的运行,并且计算额定状态到故障状态过程中,永磁体内部单元的最小径向磁密的变化情况,通过最小径向磁密的大小来判定该故障状态下永磁体能否出现不可逆退磁,以此来指导电机设计.     

混合电动车用永磁轮毂电机电感特性研究

分析了内置式永磁轮毂电机中磁路饱和和交叉耦合在全电流范围内对交、直轴电感的影响,并对传统的双轴等效磁路模型加以修改,将交叉耦合电感考虑在内.运用有限元分析软件计算了高饱和情况下的交、直轴电感和交叉耦合电感.通过分析可以看到交叉耦合作用始终存在.设计有助于优化轮毂电动机的机械特性,满足电动车使用需求.     

铁氧体永磁辅助同步磁阻电机抗退磁设计优化

简要介绍了铁氧体永磁体退磁原理特性,通过有限元仿真分析了一台36槽6极铁氧体永磁辅助同步磁阻电机永磁体退磁分布特性,根据其退磁特性,提出了不等厚永磁体、永磁体内移、永磁体槽切边等改进结构,并仿真验证其退磁改善效果,对比了各改进结构对永磁体用量、电机效率、退磁率的影响,确定最终方案.仿真结果表明,通过转子结构的优化,可以...     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析

为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。     

混合动力车用复合结构永磁电机中磁场耦合

作为混合动力车中的电气无级变速器,复合结构永磁电机具有使内燃机独立于路况负载运行于高效率区、提高燃油经济性、降低排放等优点。主要针对混合动力车用新型复合结构永磁电机中的磁场耦合问题展开研究。首先将混合动力车用永磁电机与丰田Prius系列混合动力车中的丰田混合动力系统(THS)进行参数匹配,得到复合结构永磁电机的设计参数,并使二者具有相同的动力驱动性能;然后建立复合结构永磁电机的内部等值磁路模型,并以此为基础探索复合结构永磁电机内部磁场耦合规律;最后,利用2D-Ansoft有限元软件仿真分析复合结构永磁电机在不同工作模式下的内部磁场分布,并提出其内部磁场解耦设计方案,为复合结构永磁电机在混合动力车中的进一步应用奠定理论基础。     

水轮机水门、励磁与电气制动系统非线性综合控制

针对混流式水轮机水门、励磁及电阻制动控制系统非线性时变、非最小相位的特性,建立了动态扩展的综合控制系统微分代数模型,采用微分代数多指标非线性控制方法求取反馈解耦控制律。通过哈特曼-格鲁勃曼定理,适当选择输出函数参数矩阵配置闭环控制系统特征根来使非线性系统渐近稳定,将扰动解耦,从而使系统得到优良控制性能。仿真结果表明该控制模型能很好地协调水轮机系统的动、静态性能,增强其抗强干扰的能力,有效地提高水电站输电系统的静态和暂态稳定性。     

异步起动永磁电机最大去磁工作点计算新方法及抗退磁新结构

异步起动永磁同步电机(LSPMSM)最大去磁工作点发生在起动过程中,采用传统磁路分析法未考虑电机内瞬态磁场分布情况。提出最大去磁工作点计算新方法,可准确计及饱和、集肤效应等多种非线性因素。该方法一方面基于场-路-运动耦合时步有限元模型仿真实际起动状况,确定起动过程中最容易发生去磁的永磁体局部单元位置,并将该单元作为考核单元,揭示瞬态退磁磁场与转速之间的关系;另一方面通过给定转子转速的时步有限元模型计算堵转到同步速一系列转速下稳态运行时的退磁磁场,最终得到同步速退磁磁场作用下永磁体考核单元位置的工作点,即为LSPMSM设计校核用的最大去磁工作点。在此基础上,针对一台22 k W样机进行抗退磁能力分析,并提出一种有效提高电机抗退磁能力的复合材料转子新结构。最后通过设计磁场实时测量系统得到某台实验电机起动过程中永磁体工作点,验证了所提方法的有效性。     

永磁驱动电机接线盒结构优化热性能分析

以一台50 k W永磁驱动电机为例,根据流体力学和传热学原理,利用有限体积法对电机温度场进行了研究,分析出其温度分布规律。该结果与实验所获数据相吻合,证实了计算方法和计算结果的合理性。但是为了有效地解决由于接线盒所在区域温升过高,温度梯度较大的问题,提出4种对接线盒结构的优化方案,对其不同方案下电机整体温度分布及接线盒所对应的电机内部径向区域温度场特性进行了详细地分析,所得结论为永磁驱动电机结构的优化设计提供了理论参考。     

锥形转子永磁电机的结构对性能参数的影响

锥形转子永磁电机具有与普通永磁电机不同的结构特点,电机的分析计算有其特殊性,以简化方法计算容易得出误差较大的结果.以三维有限元法分析了不同结构参数下锥形转子永磁电机的磁场分布,结果表明其磁场沿轴向分布比较均匀,并且气隙磁场随着转子轴向位移的增大线性降低.在此基础上,分析了锥角,转子轴向位移,永磁体形状等结构参数对交直轴电感、转矩等的影响,结果表明交直轴电感参数在不同的永磁体形状下随着转子轴向位移有着不同的变化趋势,锥角影响着交直轴电感的变化幅度,转矩随着转子轴向位移的增大而减小.同时计算分析的正确性通过样机实测值得到了验证.     

转子结构优化削弱车用永磁同步电机振动噪音

针对内置式永磁同步电机由低阶齿谐波引起的电磁力波产生的电磁噪声大的问题,以一款8极48槽内置式永磁同步电机为研究对象,结合麦克斯韦应力张量法与气隙磁场理论给出低阶齿谐波引起的主要噪声倍频.提出了采用转子分段斜极和转子开辅助槽的方法来削弱由低阶齿谐波引起的径向电磁力波,从而削弱该电机的电磁振动和噪音.建立了转子分段斜极的电磁力波解析模型,分析了转子分段斜极与转子开辅助槽对电机电磁噪音的削弱机理.建立了电磁有限元和结构声场耦合模型进行仿真分析,仿真结果表明由一阶齿谐波引起的0阶12f1电磁力在电机工作高速时接近定子0阶固有频率时会达到共振条件激发幅值大的噪音.样机噪声实验结果表明转子结构优化后有效削弱了由一阶齿谐波引起0阶12f1电磁力产生的48倍频电磁噪音.     

一种非对称混合式永磁同步电机设计与分析

针对传统内置式永磁同步电机磁阻转矩与永磁转矩不是在相同电流相位角下达到最大,不能最有效的利用磁阻转矩与永磁转矩的问题,提出了一种新型非对称转子结构永磁同步电机设计方案,电机输出转矩和减小转矩脉动。首先,一种不对称转子结构,通过使转子不对称,使磁阻转矩和永磁转矩在相近电流相位角下达到最大,从而提高输出转矩。其次,为衡量转矩利用率,引入转矩利用率因子,利用冻结磁导率法将电磁转矩分解为磁阻转矩和永磁转矩两部分,运用有限元确定表面磁极最佳偏移角θ;最后,对提出的新型非对称转子结构永磁同步电机进行电磁性能分析,在不增加材料与制造成本的情况下,电机最大输出转矩增加7.52%,转矩脉动减小39.15%。     

U型永磁开关磁链直线电机特性分析及优化

针对长行程无绳提升系统提出一种U型永磁开关磁链直线电机(UPM-FSLM)的拓扑结构,通过改变永磁体的位置排列、初级槽型与次级齿形,提高推力密度与功率因数,降低推力波动.首先介绍了UPM-FSLM的基本参数尺寸设计和工作机理.然后建立有限元仿真模型,分析静态磁场分布、反电动势、电磁推力、推力波动、效率及功率因数等电磁特...     

双层Halbach永磁电机解析建模与优化

提出双层Halbach永磁电机的二维解析模型,模型中转子永磁包括内外两层,每层每极均由两块永磁构成,且每层中间磁块均为径向磁化。通过分区域求解标量磁位的微分方程,解析得到双层Halbach无槽电机的气隙磁场。利用卡特系数考虑齿槽作用,解析获得双层Halbach有槽电机的气隙磁场。接着,为优化气隙磁场波形,分别解析获得外层径向磁化磁块的最优极弧比和内层径向磁化磁块的最优极弧比,从而获得双层Halbach电机气隙磁场的优化解。计算结果表明,双层Halbach电机不仅气隙磁场和反电势的波形正弦度都优于单层Halbach电机,而且电磁转矩的波动更小,因此具有更好的电磁性能。二维有限元法与二维解析法计算结果一致性较好,验证了二维解析模型的正确性。     

A novel permanent magnet motor with doubly salient structure

A new type of doubly salient machine is presented in which the field excitation is provided by nonrotating permanent magnets. This doubly salient permanent magnet (DSPM) motor is shown to be kindred to square waveform permanent magnet brushless DC motors. Linear and nonlinear analyses are made to investigate the characteristics of this new type of PM motor. A prototype DSPM motor is designed and comparisons made between this new type of motor and the induction motor. It is shown that by fully exploiting modern high energy PM material and the doubly salient structure, the DSPM motor can offer superior performance over existing motors in terms of efficiency, torque density, torque-to-current ratio, torque-to-inertia ratio etc., while retaining a simple structure amenable to automated manufacture