双极永磁球形电动机的电磁模型及磁场分析

分析了双极永磁球形电机的电磁关系，将不对称绕组折算为对称绕组，建立了电机的电磁模型：电压方程式、磁链方程式和电磁转矩方程式．表明在dqp系中该电机内部电磁关系易于解耦，容易实现对转子位置的控制．并用三维有限元方法分析和计算了该电机的磁场．所得结果表明，电机内部磁场基本正弦分布，电磁模型建立方法正确．     

无位置传感器的永磁同步电机直接转矩控制系统

介绍了永磁同步电机直接转矩控制原理,在旋转坐标系下推导出转矩的几种表达形式,以此为基础分别对隐极式电机和凸极式同步电机提出了基于定子磁链和转矩的功率角位置估算算法.该估算法先计算电磁转矩、定子磁链及其位置,根据定子磁链和电磁转矩估算功率角,再根据功率角和定子磁链位置得到转子位置.仿真表明,本文提出的功率角估计算法简单有效,能比较精确地逼近电机实际位置,系统有良好的动静态性能.     

考虑电磁激励的车用永磁同步电机转子扭振特性

研究了车用永磁同步电机转子系统在电磁激励与机械激励作用下的非线性扭振特性.建立了电磁激励作用下的转子系统机电耦合扭振振动模型,利用多尺度法求解了振动方程,确定了电机-转子系统扭振的稳态解及其稳定性.分别研究了永磁同步电机内功率因数角、极对数、电机运行的磁饱和系数以及转子系统的扭转刚度等对转子系统扭转振动特性的影响.研究结果表明:合理地控制和设计永磁同步电机的电磁与机械参数,可以避开车用永磁同步电机转子系统的扭转振动系统可能出现的跳跃及分岔等不稳定现象.     

高速大功率车用永磁同步电机电磁诱发转子横向振动特性

高速大功率车用永磁同步电机的转子轴系是一个涉及电磁、机械高度耦合的非线性系统,因此转子动力学性能是高速车用永磁同步电机设计必须关注的问题.建立了电机中由于转子偏心引起的电磁激励解析模型,以转子动力学和非线性动力学为基础,建立永磁电动机转子系统的非线性模型,用解析法计算得到转子横向振动的幅频特性,结果表明转子横向振动具有负刚度和失稳幅值跳跃现象.最后通过数值计算对等效解析计算的结果进行了验证.     

12相低速永磁同步电动机电磁设计与分析

多相永磁同步电动机能够在低电压供电场合实现大功率、低噪声和高可靠性驱动.介绍了额定转速120,r/min的3.5,MW低速永磁同步电动机设计过程,转子为表贴式结构,合理地选择相数和槽极数配合,定子采用192槽40极4,Y相移15°分数槽双层短距分布绕组,整个定子可以看作由4个48槽10极4,Y相移15°单元电机构成.所设计的多相永磁同步电机径向力波模数高,引起的电机壳体振动幅度小.分析了单元电机的永磁电动势、电枢反应磁动势和电磁转矩特点.对电机进行了电磁优化设计,给出了电机主要结构参数.分析结果表明:该电机的电磁脉动转矩小,能够获得较好的力能指标.     

磁钢充磁方式对内转子永磁电机的电磁性能影响分析

内转子表贴式永磁同步电机具有效率高、体积小、功率密度大等优点,其在工业机器人、数控机床等领域得到了广泛应用。在分析径向、平行充磁两种充磁方式的原理基础上,以24槽4极内转子表贴式永磁同步电机为例,利用有限元分析的方法,建立平行充磁和径向充磁两种充磁方式的分析模型,研究两种不同的充磁方式对电机齿槽转矩、气隙磁密等电磁性能的影响,给出了磁极数和永磁体尺寸对电机气隙磁场的影响。研究表明,对于极对数大于2的永磁同步电机,采用平行充磁的方式,电机的气隙磁密更大、齿槽转矩更小,电机的铁损耗更小,运行性能更优。     

基于解耦算法轮毂电机偏心故障补偿控制研究

轻型电动车用外转子永磁同步电机的定转子气隙会随路面激励和载荷而产生形变偏心。偏心导致电机气隙磁感应强度改变,引起磁感应强度径向和切向的不均匀分布,以致加剧电机的转矩波动,影响车辆的舒适性和安全性。现提出一种外加独立补偿绕组方法,基于空间解耦理论,研究补偿电流通入补偿绕组所产生的电磁力与电磁转矩谐波的耦合关系,实现削弱电磁转矩谐波的目的。仿真结果和试验结果表明,此方法对偏心造成的转矩波动有一定抑制效果,对轮毂电机转矩波动抑制具有实际应用价值。     

多相永磁无刷直流电机凸极效应的数学模型

考虑到多相永磁无刷电机转子磁路结构及气隙磁密波形对电机运行性能和控制策略的影响,需要建立准确的电机数学模型。该文根据永磁电机磁场的特性,推导了电磁转矩和反电势的一般表达式,建立了考虑凸极效应和气隙磁密谐波的多相永磁无刷直流电机数学模型,用有限元方法计算模型中的参数。结合一台样机进行了仿真和实验,结果表明该数学模型既准确反映了电机的性能,又可用于多相永磁无刷电机整个系统的仿真计算。     

双转子永磁同步电机的磁路建模与磁场研究

为了研究双转子永磁同步电机的设计方法,本文对电机定子中异向旋转的耦合磁场进行了分析。引入定子铁心径向磁阻和切向磁阻,将双转子异向旋转产生的并联磁路和串联磁路交替问题简化为单一的并联磁路问题,建立了电机的等效磁网络模型。在内外转子上采用不同材料的永磁体,通过优化内外转子半径比,使两个转子产生等大反向的转速和电磁转矩,最后通过有限元分析方法验证了该方法的有效性。     

轴向磁通无铁心永磁同步电机性能分析

介绍了一种轴向磁通盘式无铁心永磁同步电机及基本运行原理,根据基本理论对采用分布式集中绕组电机的电磁转矩进行了计算.基于电机的三维有限元模型主要针对电机的三维磁场分布、电磁转矩特性进行了研究,并与传统的有铁心永磁同步电机进行了详细的对比分析,总结了此类电机参数和转矩特性的一些特点.最后通过实验对本文的仿真结果进行了论证,证明了仿真方法的有效性.     

无轴承永磁同步电机转子悬浮原理与解耦控制

在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上,分析和推导了径向悬浮力和径向悬浮力绕组中电流及永磁体等效电流之间的关系,采用转子磁场定向控制策略对无轴承永磁同步电机径向悬浮力进行解耦控制,并在电机不同负载情况下设计了数字控制系统.采用TMS320LF2407 DSP研制了数字控制控制系统硬件,并开发软件.实验结果表明,电机空载运行在3000 r/min时,转子径向位移振动幅值小于100μm,电机在0~3000 r/min时,能够实现转子快速稳定悬浮和运转.     

基于DSP的无位置传感器永磁同步电机矢量控制系统

讨论了一种采用DSP芯片TMS320LF2407实现无传感器永磁同步电机转子磁场定向矢量控制的方案。文章简单介绍了永磁同步电机的数学模型和矢量控制的基本原理,给出了在无位置传感器的情况下电机转子位置信号的确定方法,讲述了采用id=0的对凸极式转子磁路结构的无传感器永磁同步电动机的控制方法,说明采用高速数字信号处理器易于实现复杂的矢量控制算法,可以有效的解决电机的强耦合特性。     

飞轮储能用Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机的设计

为了有效简化系统结构,提高系统功率密度和效率,提出一种外转子Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机应用于飞轮储能系统的电动机/发电机.阐述了外转子无轴承永磁电机的工作原理;分析了Halbach阵列永磁转子的结构和性能;通过有限元方法对电机的气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力和电磁转矩进行计算和分析;最后采用场路耦合瞬态有限元法分析了无轴承永磁电机的转子涡流损耗.仿真结果表明,与传统的无轴承电机相比,Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机在气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力、电磁转矩以及转子涡流损耗方面表现出更好的性能,适合应用于飞轮储能系统.     

用电磁场动量理论证明电机电磁转矩公式的统一性

旋转电机中的电磁转矩通常都是根据安培力定律f=Bli导得的。本文从动量守恒定律出发,利用广义洛伦兹力公式推导了电机转子受力和电磁转矩的一般公式,同时证明了旋转电机电磁转矩公式的统一性。     

新型12/8极双凸极变速永磁电机的设计与分析

提出了一种新型12／8极双凸极变速永磁DSPM电机，它集永磁无刷直流PMBLDCM电机和开关磁阻SRM电机的主要优点于一身，加上其独特的转子斜槽和12／8极结构，该电机具有功率密度高、用铜量小、绕组电阻小和转矩脉动小等优点。用有限元法（FEM）对该电机的磁场分布、永磁磁链、反电势和电感特性进行了计算和分析，计算中考虑了永磁磁场和电枢反应的相互作用，样机实验结果验证了理论分析的正确性。     

削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究

齿槽转矩是电机转矩脉动的主要来源,严重时会使电机产生振动和噪声,出现转速波动,使电机不能平稳运行,影响电机的性能.为了减弱轴向磁场永磁风力发电机的齿槽转矩,在提议的10 kW双转子单定子轴向磁场风力发电机电磁方案的基础上,使用三维有限元法从定子半磁性槽楔、斜极和两转子盘相对偏移对电机齿槽转矩的影响等方面进行研究,并对电机进行优化设计和仿真,仿真结果证明,通过增加磁性槽楔并在槽楔中间开槽,转子磁钢斜极和偏移两转子盘相对位置等措施可以有效减弱轴向磁场永磁电机的齿槽转矩.     

分数槽Halbach永磁直线同步电机磁场解析计算

分数槽Halbach永磁直线同步电机(fractional-slot Halbach permanent magnet linear synchronous motor,FH-PMLSM)的次级永磁体采用Halbach阵列,初级绕组采用端部不重叠的集中绕组,与常规的分数槽永磁同步直线电机相比,具有推力密度大、损耗小等优点,适用于长行程、大推力驱动场合。文章在Halbach永磁阵列的电流密度等效基础上,对16极15槽FH-PMLSM建立分层解析模型,利用矢量磁位和边界条件推导出气隙区域、齿槽和永磁体区域磁场的解析公式,并结合分布式卡式系数分析FH-PMLSM励磁磁场的分布,进一步对不同气隙长度的FH-PMLSM的电磁推力进行计算。结果表明:解析计算与有限元计算的磁场结果基本吻合,验证了该解析方法的正确性,为分数槽Halbach永磁同步直线电机的工程分析和优化设计提供了依据。     

开关磁阻电机一体化飞轮储能系统磁场耦合分析

拟定一种新型的飞轮储能系统方案,即电机采用开关磁阻电机,并将电机转子与飞轮电池转子一体化.针对开关磁阻电机定子极绕组和支撑系统中的绕组都会产生磁场并相互影响形成耦合磁场的问题,利用电磁场分析软件分别对开关磁阻电机所产生的磁场、轴向磁力轴承所产生的磁场和径向磁力轴承所产生的磁场进行仿真对比分析.结果表明:开关磁阻电机内部磁场分布在各个情况下都符合"磁阻最小原理",能够正常工作,开关磁阻电机转矩在耦合场的影响下有所变小并使飞轮转子的速度有所提升.     

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.     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。