轴向磁场磁通切换永磁电机矢量控制

为了研究轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机在恒转矩和恒功率区域的运行性能,分析了AFFSPM电机的结构特征,推导了AFFSPM电机的数学模型.基于矢量控制建立了AFFSPM电机的驱动系统.在恒转矩区域,采用了最大转矩电流比(MTPA)控制策略,并与id=0控制进行了对比;在恒功率区域,采用了一种基于电感补偿且保持q轴反电势不变的弱磁控制策略,并与普通弱磁控制进行了对比.仿真与实验结果表明,MTPA控制可以减小AFFSPM电机的铜耗.基于电感补偿的弱磁控制可以拓宽AFFSPM电机的恒功率运行范围,提高了AFFSPM电机运行性能,且AFFSPM电机轴向长度短、转子结构简单,因此比较适合用作电动汽车轮毂电机.     

基于ANSOFT的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析

齿槽转矩是永磁电机的固有属性,引起电机的转矩波动,产生振动和噪声.为减小齿槽转矩,提高永磁伺服电机的控制精度,在研究永磁电机齿槽转矩产生机理的基础上,根据永磁电机齿槽转矩的解析式,研究定子齿部开辅助槽和转子磁极偏移对永磁电机齿槽转矩的影响;利用有限元软件ANSOFT,建立36槽8极永磁伺服电机的有限元分析模型,计算不同尺寸辅助槽和磁极偏心距离时的齿槽转矩,分析辅助槽尺寸和磁极偏心距离对齿槽转矩的影响.研究结果表明,合理的辅助槽尺寸和磁极偏心距离可有效削弱永磁伺服电机的齿槽转矩.     

多齿型定子的开关磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种多齿型定子铁芯结构的开关磁通永磁电机,并建立电机参数化模型。以电机定/转子之间间隙、永磁体厚度、定子齿宽等参数作为分析变量,基于有限元分析软件对多齿型开关磁通永磁电机的气隙磁密、齿槽转矩等电磁特性进行分析,为直驱型纯电动汽车所用电机的设计及优化提供参考。     

大力矩行波超声电机的性能

研制了一种新结构、大力矩行波型的超声电机。该超声电机中,压电片被粘接到金属体上构成振动体,作为转子,并与外壳接触。电机的外壳兼作定子。通过转子、定子之间的摩擦力驱动转子转动。这种电机结构除减少了单独的转子部件外,还提高了超声电机的力矩输出性能。利用有限元方法对电机的转子进行优化设计,计算了直径100mm的行波超声电机的转子的模态。根据设计制作出样机。并对样机性能进行了测试,堵转力矩超过了4N.m。该电机具有重要的应用前景。     

AZ4903光刻胶在微电机定子绕组制作中的应用

为满足电磁型平面微电机对定子绕组线圈的高深宽比及厚度要求,提出一种利用AZ4903光刻胶制作电磁平面微电机定子绕组的方法。通过反复摸索,得到了该光刻胶的较理想的转速胶膜厚度、前烘时间温度的关系曲线及合适的曝光、显影时间。制作出了厚度为40μm、陡直度良好的定子绕组线圈。把利用该工艺制作的定子绕组和转子装配后形成了微电机,通过对该电机转速和输出力矩的测试结果表明,电机运转平稳、力矩波动小。     

行波型超声波电动机的运动研究

基于功能原理与行波型超声波电机的结构,分析了该电机的振动方程,行波型超声波电机的波动速度,定子推力及转子运动速度和力矩。建立了行波型超声波电机定子环及转子环的等效电路,为解决行波型超声波电机的数学模型提供了理论依据。     

双定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型

传统双绕组无轴承开关磁阻电机旋转转矩与悬浮力之间存在着复杂的耦合关系,而双定子无轴承开关磁阻电机结构上实现了转矩和悬浮力的独立控制,从而简化了控制的复杂性.基于双定子无磁阻电机的结构和运行原理,提出了一种考虑转子偏心影响的径向力分析方法,推导出了该电机的径向力解析模型.在建立内定子等效磁路的基础上,求取了由气隙磁导表示的悬浮绕组的自感和互感表达式,进一步分析出转子偏心位移、电机结构参数、悬浮绕组电流与转子径向受力之间的数学关系,与有限元分析结果比较验证了数学模型的正确性.该数学模型的重要贡献在于提供了转子偏心运行时径向力的解析计算方法,为双定子无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮旋转控制提供了基础,同时为磁轴承和无轴承类电机转子偏心时的径向受力分析提供了参考.     

基于板簧支撑结构的3自由度超声波电机静力学分析

提出一种采用板簧支撑结构的3自由度球形行波型超声波电机.概述该电机基本结构和驱动原理,使用板簧结构较好地解决了球转子与行波定子之间的对心问题,定转子之间的预紧力更加均匀一致.通过坐标变换关系和定转子的位置关系,分析球转子的受力情况,给出定转子接触圆周的接触力关系式;根据球转子和各个行波定子的力平衡方程,得到球转子球心的微位移和定子的轴向压紧量与定子预紧力的关系并做了仿真,进而分析受力情况与电机结构参数对电机定转子接触的影响,形成了板簧结构的3自由度超声波电机的理论基础.研制样机的球转子直径40 mm,定子直径30 mm,实现的保持力矩0.09 N·m,空转转速90 r·min-1.     

永磁同步电机磁通谐波抑制的补偿控制仿真

永磁同步电机的转子永磁体励磁磁场中含有的谐波分量,将增加定子绕组内磁链的谐波分量,增大电机的损耗,导致电机温度升高,同时产生转矩波动.根据内置式电机转子磁场的特点,建立电机模型,并在该模型基础上提出一种对磁场谐波抑制的补偿控制算法,通过降低谐波分量来减少定子铁损.同时对电机因磁场谐波引起的转矩波动进行补偿,从而减小振动和噪声.仿真结果表明该补偿控制算法使得磁链谐波分量明显降低,转矩波动减小.     

双凸极永磁电机结构尺寸对性能的影响

提出了一种新型12/8极的双凸极永磁电机,该电机定转子铁芯均由硅钢片叠压而成.通过2D有限元计算和仿真分析了电机的结构、基本工作原理和非线性建模,并讨论了电机结构尺寸变化对其性能的影响,如定子磁轭厚度、转子极弧宽度和转子斜槽角度.最后对电机的控制策略进行了优化.     

一种分析永磁电机齿槽转矩的方法

提出了一种基于单个永磁体的永磁电机齿槽转矩分析方法。从单个永磁体与永磁电机产生的齿槽转矩出发,推导了电机合成齿槽转矩的解析表达式,得到了合成齿槽转矩与由单个永磁体引起的齿槽转矩的关系。以两种分数槽绕组永磁电机为例,将解析表达式分析结果与有限元分析结果进行对比。研究结果表明:在由单个永磁体引起的齿槽转矩中,只有一部分齿槽转矩谐波分量出现在合成齿槽转矩中,解析表达式与有限元分析结果一致;验证了理论分析的正确性。所提永磁电机齿槽转矩分析方法是正确有效的。     

双定子永磁同步电机齿槽转矩削弱方法

为了有效降低双定子永磁同步电机的齿槽转矩,用改变内外定子相对位置的方法使内外定子齿槽转矩形成一定的相位差.针对双定子永磁同步电机,推导了内外定子及其合成齿槽转矩的解析表达式,分析了内外定子相对位置变化对合成齿槽转矩的影响规律,着重研究了合成齿槽转矩幅值与内外定子相对位置的关系,最后用有限元方法进行了仿真验证.研究表明,双定子永磁同步电机的合成齿槽转矩幅值随内外定子相对位置呈余弦变化,周期与电机极数和定子槽数的最小公倍数有关.选择合适的内外定子相对位置,可有效地削弱齿槽转矩.     

双定子轴向磁场永磁同步风力发电机的设计

研究表明:如果电机的极数足够多,轴向长度与外径的比率足够小的话,轴向磁场电机比传统径向磁场电机的转矩和功率密度大.轴向磁场电机的缺点是电枢铁心制造比较困难.为此本文提出一种新的结构方案,用软磁复合材料形成定子的齿部,再与带冲叠片形成的铁心轭部结合起来形成定子铁心,并且使用集中绕组.然后对这种新型轴向磁场电机进行了电磁设计,并用Ansoft有限元法对电机的磁场进行了仿真.结果表明:通过合理地选择主要尺寸和极数/槽数比,可以获得正弦波的电动势波形和较小的齿槽转矩.     

可变磁通永磁游标电机设计及静态特性分析

为实现永磁电机在体积和槽数不增加情况下产生低速大转矩输出,将混合励磁概念引入永磁游标电机,提出了一种新型可变磁通永磁游标电机。通过将磁通调制极引入到电机定子齿以及在相邻磁通调制极间布置励磁绕组,实现了电机磁通可控,从而保证在增磁及弱磁过程中宽调速范围运行。分析了其工作原理,采用时步有限元方法计算了电磁特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、齿槽转矩和输出转矩,对其增磁弱磁过程进行了分析。制作了一台1 kW样机;并对其静态特性进行了测试。结果表明该电机具有转矩密度大、齿槽转矩小、调速范围宽特点,适用于风力发电、电动汽车领域。     

内置式永磁电机齿槽转矩的优化设计

针对内置式永磁同步电机存在的齿槽转矩问题,采用有限元软件Maxwell分别对不同分段数、不同非均匀气隙情况下的内置式永磁同步电机进行分析.理论分析表明:转子分段斜极可以抑制齿谐波,从而削弱齿槽转矩;而采用非均匀气隙结构则可以通过优化气隙磁密的特定次谐波削弱齿槽转矩.依据理论分析,提出一种二者相结合的方法抑制电机的齿槽转矩.优化结果表明:该方法能有效地抑制电机的齿槽转矩.     

内置式永磁电机齿槽转矩合成研究

采用了一种由单槽内置式永磁电机齿槽转矩合成多槽内置式永磁电机齿槽转矩的解析算法,推导了单槽内置式永磁电机齿槽转矩与多槽内置式永磁电机齿槽转矩的关系。该解析算法将单槽内置式永磁电机齿槽转矩展开为傅里叶级数,进而由单槽齿槽转矩合成为多槽齿槽转矩。通过解析算法合成的全槽齿槽转矩与有限元仿真进行了对比,验证了该算法的正确性。     

基于正交试验的永磁有刷直流 微电机齿槽转矩波动的稳健设计

针对齿槽转矩波动影响电机控制精度的问题,提出了基于正交试验的永磁直流微电机齿槽转矩稳健设计方法.以永磁有刷直流微电机为对象,建立基于有限元软件ANSYS的电机二维静态磁场分析模型.将电机齿槽转矩波动幅度作为望小特性,考虑齿楔角误差、气隙长度偏差、计算矫顽力偏差的噪声因素影响下,综合优化齿宽、齿楔角、槽底半径、永磁体中心角和永磁体计算矫顽力.将优化结果与原始设计方案作对比分析,结果表明:与原始设计方案相比,稳健设计后的齿槽转矩波动幅度的信噪比提高了43.5%,因此,电机齿槽转矩的波动幅值对外界干扰的影响更加稳健.     

基于定子齿齿肩削角的内置永磁电机齿槽转矩削弱方法[JP]

为削弱电动汽车用内置式永磁同步电机的齿槽转矩,提出了一种定子齿齿肩削角的方法。建立定子齿齿肩削角前后的气隙长度等效模型,推导有效气隙长度分布函数,分析定子齿齿肩削角降低气隙磁密低次谐波幅值,削弱齿槽转矩的机理;以三相8极36槽内置式永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿齿肩削角的不同形状和尺寸进行仿真分析,获得最优参数匹配。结果表明,定子齿齿肩椭圆形削角有效降低了气隙磁密谐波幅值,提高了电机反电势波形正弦性,削弱了齿槽转矩;优化后的电机齿槽转矩的峰值降低了77.2%,反电动势的9,13,15,17,19和21次谐波幅值明显下降,电机的输出品质显著提高。所提方法通过改变气隙长度分布函数,减小了气隙磁密特定谐波,可有效削弱永磁电机的齿槽转矩,为同类型电机齿槽转矩的优化提供参考。     

转子磁极分段移位斜极对永磁同步电机转矩的影响

为了降低齿槽转矩和转矩脉动对电机性能的影响,采用电机转子磁极分段移位斜极方法达到减振降噪、提高永磁同步电机性能的目的.基于此方法对电机的齿槽转矩进行理论计算,并利用有限元法在Maxwell中建立8极48槽内置式永磁同步电机模型,分析转子磁极分段移位斜极方法对齿槽转矩和转矩脉动的影响.研究结果表明:齿槽转矩中除了次数为转子磁极分段数及其倍数次的谐波外,其余谐波基本得到消除,并且随着转子磁极分段增加,齿槽转矩峰值逐渐降低,尤其在磁极分三段时,齿槽转矩峰值下降5.22 N·m,对齿槽转矩的削弱效果最为明显;负载转矩和转矩脉动随着转子磁极分段数的增加逐渐降低,转子磁极分两段时降低幅度较为明显,与转子磁极不分段相比下降60%,并且随着转子磁极分段数增加,转矩脉动趋于平稳.     

永磁电机磁阻转矩的抑制方法

介绍了定子齿面加辅助凹槽和转子磁极分段移位两种抑制磁阻转矩的方法。利用傅里叶分解及能量虚位移法，推导了磁阻转矩的计算公式。从谐波分析的角度，对齿面加辅助凹槽和转了磁极分段移位的原理及其对磁阻转矩波形的影响进行了深入分析，指出齿面所加凹槽数应使6q为奇数，凹槽结构和磁极边缘削角可影响磁阻转矩的波形，采用转子磁极分段移位可有效减小磁阻转矩的基波分量。通过二维有限元计算，证明该结论是正确的。