基于瞬态有限元永磁同步电机静止位置检测策略

无传感器控制的永磁同步电机在低速和静止时一直存在着转子位置难以检测和估算的问题,本文针对该情况提出了一种基于瞬态有限元分析的转子位置和永磁极极性检测的策略和方法.以两相凸极永磁同步电机为例,通过对永磁同步电机瞬态磁场的有限元分析,考虑铁心饱和与注入信号瞬态特性的影响,提出一种对转子位置非常敏感的组合电感的计算算法,并给出基于该组合电感的转子位置和永磁极极性检测的策略和优化转子位置检测的方法.计算结果表明,该方法能在电机静止和低速时,快速准确地判断出转子位置和永磁极极性.     

永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法

为了深入研究永磁同步电机电主轴热特性,综合考虑轴承热诱导预紧力及润滑油黏温效应等因素,并基于系统内部多参量耦合作用关系,建立永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法.以某型号永磁同步电机电主轴为研究对象,进行了温升及热变形测量,试验结果与仿真计算对比表明所建立的计算方法具有足够的精度.采用该计算方法分析了永磁同步电机电主轴热特性,结果表明:电主轴转子温升较低,前后轴承受配合方式、装配位置及热诱导预紧力等因素影响,使轴芯沿轴向存在13℃左右的温差,导致电主轴轴向热伸长成为影响加工精度的主要原因.     

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.     

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.     

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.     

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.     

无轴承永磁同步电机数控系统设计与实现

综合考虑无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生的各种因素，导出了径向悬浮力和转矩数学模型，采用转子磁场定向控制策略，设计了无轴承永磁同步电机解耦控制系统．基于TMS320LF2407 DSP设计了数字控制系统硬件，开发了相应控制软件．研究结果表明：采用转子磁场定向控制策略，实现了无轴承永磁同步电机转矩和径向悬浮力之间解耦控制．研制的数字控制系统参数调整方便，性能参数满足无轴承永磁同步电机控制要求．     

基于双重傅立叶变换的永磁转子涡流损耗分析

为了优化永磁转子结构,降低转子涡流损耗,分析了表面贴式高速永磁同步电机气隙磁场齿槽效应产生的转子涡流损耗.研究了表面贴式永磁同步电机转子永磁体磁化模式,建立了永磁同步电机转子涡流损耗数学模型,分析了永磁同步电机静态气隙磁场,提取气隙磁场样本数据.采用双重傅里叶变换,研究和比较了四极永磁同步电机永磁体在Halbach磁化和平行磁化时,由齿槽效应引起的气隙磁场时空谐波和对应的转子涡流损耗,并采用瞬态有限元法计算了空载时的转子涡流损耗.结果表明:永磁体采用Halbach磁化模式,能够有效降低气隙磁场高次谐波,转子涡流损耗约为平行磁化时的34%.     

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.     

凸装转子钕铁硼永磁同步电机主极漏磁有限元分析

提出了永磁磁极凸装在转子上的新结构永磁同步电机,用ＶｉｕａｌＣ语言编制面向对象的有限元分析程序,分析了电机的空载磁场并计算了主极漏磁系数,为实现永磁同步电机设计过程自动化奠定了基础。     

基于双无迹卡尔曼滤波算法的永磁同步电机转子磁链辨识

转子磁链的准确辨识是实现永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)转子磁场监控,确保其驱动系统可靠运行并实现高性能控制的有效方法。为解决测量噪声、电机参数变化及辨识模型欠秩对转子磁链辨识精度影响的问题,提出了基于双无迹卡尔曼滤波（UKF）算法的PMSM转子磁链辨识方法,可在确保满秩辨识的前提下,减小测量噪声与电机参数变化对转子磁链辨识精度的影响,实现PMSM转子磁链的准确辨识,并在参数敏感性分析的基础上,降低了算法计算量,合理兼顾了辨识精度与辨识速度。对所提方法进行了仿真研究和实验验证,研究结果证实了所提方法的有效性。     

W型永磁电机转矩脉动分析与抑制方法

针对永磁同步电机转矩脉动偏大时电机输出性能较差的问题,对W型永磁同步电机的转矩脉动进行详细分析并研究其抑制方法。首先利用等效磁路法与洛伦兹力定律,推导出电机转矩脉动解析式,基于解析式对W型磁极的位置参数进行优化,并利用有限元软件仿真验证;然后利用转子极面偏心的方法进一步削弱电机转矩脉动,并分析最优偏心距。研究表明,当W型磁极布置位置合适时,电机具有良好的输出特性;通过转子极面偏心,电机转矩脉动降低12％,齿槽转矩与气隙磁密谐波含量大幅降低,电机性能显著提升。     

电动车用永磁同步电机转子偏心对电磁力影响分析

针对电动车用永磁同步电机转子偏心问题,对偏心对电磁力的影响进行研究.通过解析法和有限元法建立电机偏心电磁力以及不平衡磁拉力模型,分析静动态偏心对电磁力的影响,得出静动态偏心会增加±1阶电磁力成分,并分别产生0Hz和f/p的不平衡磁拉力,且不平衡磁拉力成分随偏心率呈线性变化.这就为分析电动车用电机的振动和噪声激励源奠定了基础.     

基于卡尔曼滤波和高频信号注入法的永磁同步电机转子位置自检测

永磁同步电机的运动控制是一个强耦合的非线性动态控制系统,而且在控制过程中测量数据带有噪声,采用传统的线性控制理论很难达到系统要求.提出一种非线性系统的随机观测器--卡尔曼位置观测器,它用于高频信号注入法下的转子位置检测.利用脉动高频信号注入法进行永磁同步电机转子位置自检测,将产生的高频载波电流解调后,送入设计的卡尔曼位置观测器,可有效去除干扰噪声,准确观测出转子位置.仿真实验结果表明,在有系统噪声和测量噪声的情况下,基于卡尔曼位置观测器的脉动高频信号注入法能够精确地跟踪转子位置.     

基于Super-Twisting滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机矢量控制系统的高性能要求,提出一种基于二阶super-twisting滑模理论的永磁同步电机转子反电动势观测器.对电机反电动势观测值进行运算处理得到电机转子位置与转速,并采用矢量控制对电机转速进行控制,从而实现永磁同步电机的无传感器控制.根据Lyapunov稳定性理论,该观测器的收敛特性,super-twisting算法相比于传统一阶滑模算法极大地削弱了系统的抖振,降低系统超调的同时减小了系统调整时间.仿真和实验结果均表明该方案可有效实现转子位置与转速的估算,且系统具有良好的鲁棒性和动态响应能力.     

空气系统转静腔室轴向力计算与试验研究

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。燃机转子轴向推力必须保持在一个合适的载荷范围内，即作用在轴承上的轴向推力大小合适且不换向。因此，对空气系统转静腔室轴向力展开计算与试验研究，开展空气密封系统流体网络计算，揭示转-静盘腔气体轴向力产生机理，将转-静盘腔气动推力与转子支承系统解耦，提出一种转-静盘腔气动轴向推力的直接动态测试方法，搭建了转-静盘腔轴向力机理试验台，开展不同压差与不同转速下的转-静盘腔轴向力测试，并利用理论计算与仿真计算对试验结果进行验证，结果表明轴向力直接测试方法准确、可靠。以上研究结果对揭示燃气轮机转-静盘腔轴向力产生机理，明确影响燃机高压转子轴向力大小与方向的关键因素具有重要意义。     

静电陀螺仪长球形空心铍转子的优化设计

从圆球形空心铍转子分别受径向拉力和离心力的径向变形分析入手,利用径向拉力构造了两极直径大、赤道直径小的长球形空心铍转子,并应用误差独立作用与合成原理构建了受径向拉力和离心力的径向综合变形解析计算公式。根据综合变形解析计算公式,建立了长球形空心铍转子以径向综合变形最小化为目标和以赤道壁厚、极点壁厚、环境压力、工作转速为设计变量的优化数学模型。最后,给出了长球形空心铍转子优化设计示例。     

基于有限元分析的开关磁阻电机调速研究

摘要：本文针对开关磁阻电机定、转子磁极存在显著的端部效应、轴边缘效应和高度的局部饱和特点,采用二维和三维电磁场有限元分析,对开关磁阻电机的磁场分布、静态特性等进行了大量的计算,通过仿真的结果,得出了开关磁阻电机在几个典型转子位置下的磁场分布图、绘制出了开关磁阻电机的磁化曲线族,建立了磁阻电机非线性模型,依据非线性模型构建开关磁阻电机调速系统,采用高速变角度电压斩波控制和低速定角度电流斩波的控制方法,仿真得出好的调速效果。最后,通过样机实验验证了有限元分析数据的合理性及非线性模型的正确性。     

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。     

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.