复合转子永磁同步电机永磁段计算长度的研究

本文用分离变量法研究了用于“弱磁”扩速目的复合转子结构永磁同步电机的永磁段计算长度，阐明了永磁体长度和高度，磁阻段长度以及中间间隙长度对永磁体计算长度的影响，获得了永磁体计算长度的经验公式，已用于实际电机设计。     

内嵌式变频永磁同步电动机设计及性能分析

采用有限元法分析了内嵌式变频永磁同步电动机转子永磁体各尺寸对电机气隙磁密和静动态特性及性能影响,研究了矩形和V形两种永磁体结构转子的永久磁极各尺寸选择依据和范围,利用分析结果分别设计了矩形和V形永磁体转子两种内嵌式永磁同步电动机。针对所设计的矩形永磁体转子内嵌式变频永磁同步电动机的交直轴电感参数和永磁体磁链值进行了有限元计算,对电机参数的实验测试结果证明了理论分析的正确性,分析结果为内嵌式变频永磁同步电机的设计和参数计算提供了理论依据。     

计及转子护套与永磁体机械强度的高速永磁同步电机多物理场研究

针对高速永磁同步电机的永磁体与护套在高速工况下受到较大的离心力,可能会发生永磁体断裂,护套形变过大等导致电机故障的问题.以200kW、15 000r/min高速永磁同步电动机为例,针对表贴式,轴径向分块式永磁体与奥氏体不锈钢护套配合设计的结构,建立了高速永磁同步电机的机械应力场的数学模型,研究了额定转速15 000r/min时高速永磁同步电动机的护套和永磁体应力的分布规律,并确定了护套和永磁体应力的安全阀值.在此基础上,建立了瞬态电磁场对电机的损耗进行了理论计算,将理论值代入到三维稳态温度场中,确定了不同护套厚度对电机内的定转子温度分布的影响,并进行了实验验证,结果表明:高速永磁同步电机设计中,奥氏体不锈钢护套厚度的选择需要综合考虑其电磁损耗、温升变化与应力安全的影响.     

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。     

表贴式永磁电机漏磁导的解析计算

针对有限元法求解空载漏磁系数时计算量大的问题,采用磁路法全面考虑了永磁电机内部4不同漏磁通路径,并根据电机结构尺寸确定各漏磁通的积分区域,不但解决了磁路法在电机结构变化时漏磁系数计算不准确的问题,而且同时具备计算量小的优点。在极弧系数、气隙长度和永磁体厚度分别变化的情况下,漏磁系数的有限元结果与磁路法结果吻合,证明了该文所提出的漏磁导计算方法的准确性。该方法不需要复杂的有限元计算,尤其适用于电机优化设计。     

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.     

轴向磁场无铁心永磁无刷直流电动机设计

为了提高轴向磁场无铁心永磁无刷直流电动机设计的准确性,提出了利用电磁场有限元软件与磁路法相结合的方法设计该电机.结合轴向磁场无铁心永磁无刷直流电机的电磁结构特点,首先利用磁路法推导了该电机的尺寸设计方程,分析了电机设计中的各种损耗,并根据流程图编制了设计程序,对额定功率为40 W的小型电机提出了设计方案.利用三维有限元分析软件对设计方案中的关键参数(永磁体厚度、极对数与极弧系数)进行了仿真与分析.结果表明:当永磁体厚度为6 mm,永磁体极对数为4时,电机气隙磁密相对最大且磁密增长率较快;当极弧系数为0.7时,感应电动势基波幅值最大.最后设计了样机,利用三维有限元分析方法验证了样机设计的有效性.     

非均匀磁极盘式无铁心永磁ISG电机设计与分析

为了提高集成式起动-发电机(ISG)的输出特性,降低电机成本,利用Halbach阵列永磁体理论,结合盘式电机三层叠式绕组技术,提出非均匀极弧长度Halbach盘式无铁心永磁ISG电机。首先,分析了电机结构及特点和电磁场计算过程。其次,以电机气隙磁场分布作为设计指标,利用三维有限元分析软件对电机的永磁体极弧比例、电枢直径比、转子轭部厚度等结构参数进行参数化优选。与预估结构参数对比表明:优选后电机永磁体主副磁极比例为5∶2∶1∶2时,气隙磁密基波幅值提高了9.72%。三层叠式绕组可增加线圈有效边长度,提高气隙磁场利用率,感应电动势平均值增加了8%。     

永磁同步电动机内置V型转子结构优化

分析了永磁体张角变化对气隙磁密、感应电动势及转矩波动的影响,并利用Maxwell仿真软件进行分析,结果表明,合理设计永磁同步电动机内置V型永磁体张角可提高电机效率,减小转矩脉动.对永磁同步电机结构设计具有一定的指导意义.     

5MW直驱永磁风力发电机的电磁设计与计算

5 MW直驱永磁风力发电机为大容量永磁发电机,在进行电磁设计时需考虑到其独特性.阐述了该电机主要尺寸、极槽数和永磁体尺寸的确定方法,同时给出了主要电磁参数的磁路法计算结果.由于磁路计算无法得到电机的准确运行参数和运行特性,对电机进行了电磁场有限元计算,并论述了不同运行情况时的计算方法.有限元计算结果表明电机电磁设计合理,电磁性能满足额定要求.     

永磁无刷直流电机优化设计与仿真

利用遗传一模拟退火混合算法,以磁钢厚度、气隙高度、磁钢宽度、极孤系数、电枢长径比为优化变量,以起动电流、转子轭部磁密、起动转矩、槽满率为约束条件,以减小电机的转矩脉动为目的,编写永磁无刷直流电动机的优化设计程序。利用ANSOFT有限元软件对电机进行优化前后动静态仿真对比实验。结果表明,永磁无刷直流电机优化后的转矩脉动明显减小。     

电动汽车用内置式永磁无刷直流电机设计研究

设计一台电动汽车用内置式永磁无刷直流电动机,分析气隙尺寸、永磁体厚度、定子绕组匝数等主要结构参数对电机效率、转矩电流比的影响,针对电动车辆复杂的工况对比分析不同负载率下电机的运行性能,完成优化样机研制及测试.研究结果表明:在机械加工能力允许的前提下,适当减小气隙长度可提高电机低速区性能;在兼顾成本的同时,适当增加永磁体用量可提升电机整体性能;适当减少绕组匝数可提高电机高速区性能,但会导致低速区的转矩电流比下降.电机在额定负载时整体效率最高,说明设计方案对额定点的选取合理;转矩电流比随负载率的增加而增大,分析认为这与输出转矩中的磁阻转矩分量有关,这是内置式永磁电机与表贴式永磁电机的一个重要区别,设计需要特别注意.样机测试结果表明:恒转矩区和恒功率区的转矩、功率都满足驱动系统要求.     

稀土永磁同步电动机驱动抽油机的节能效益

传统的同步电动机与异步电动机相比具有突出的优点 ,如效率高、功率因数高 ,但是同步电动机仍然不能取代异步电动机用于小功率简单驱动场合 .电磁式的同步电动机需要附加起动控制装置而永磁同步电动机一般用于变频传动 .用于抽油机自起动的稀土永磁同步电动机是一种复合电机 ,它兼有同步电动机与异步电动机的优点 ,起动时如同异步电动机而牵入同步后运行在同步转速 .笔者研制的稀土永磁同步电动机转子上装有空间对称的鼠笼条和稀土磁铁 .抽油机负荷特点是驱动电动机需要起动转矩大而运行时负荷率很低 (30 % ) ,介绍了研制的稀土永磁同步电动机的结构和设计特点和节能机理 .油田现场试验结果表明驱动方案可行 ,用稀土永磁同步电动机替代三相异步电动机来驱动抽油机可节电 1 5%左右 .最后讨论了驱动电动机的优缺点和相应解决方法     

基于预测自适应的永磁同步电机无传感器控制

针对传统永磁同步电机无传感器控制动态性能差和转速信号观测精度低的问题,设计了新型永磁同步电机无传感器控制方法.文章采用在线梯度下降法设计二阶线性扩张状态观测器,该二阶线性扩张状态观测器能够在永磁同步电机负载扰动或转速突变情况下准确快速对电机转速实时估计;同时将预测自适应滑模控制系统应用于转速环节,通过预测自适应估计永磁同步电机扰动变化量进行实时电流补偿.仿真结果表明:二阶线性扩张状态观测器能够对转速准确快速实时估计,且抗干扰能力强;预测自适应滑模控制策略有效缩短电机速度响应时间,显著削弱电机转速、电磁转矩的抖振,表现出良好的动态性和鲁棒性.     

矢量细分的双控制器永磁同步电机直接转矩控制系统研究

过去的永磁同步电动机采用六边形磁通控制或六区圆形间磁链控制间隔,从而导致转矩脉动过大等缺点;设计了一种基于矢量细分的双控制器永磁同步电机直接转矩控制系统;设计的矢量细分的控制策略是将传统意义上的六电压矢量和六个磁链扇区细分为多个电压矢量和磁链扇区,并制定相应的开关表;通过Matlab的仿真结果来证明矢量细分的永磁同步电机直接转矩控制策略的可行性。     

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。     

永磁球形电动机转矩特性的数值计算与分析

提出了一种新型永磁球形电动机的基本结构与运行机理,建立了其三维有限元分析模型;针对驱动电机自转的转矩进行了数值仿真,得到了永磁球形电动机的电磁转矩特性曲线和磁阻转矩特性曲线．通过比较分析球形电机不同转子极充磁方式、定子线圈铁心磁导率以及定子外壳是否采用铁磁材料时电磁转矩特性的变化,得出了提高球形电机输出转矩的有效途径．系统地分析了球形电机主要参数的变化对电机转矩的影响,得到了永磁球形电动机最大静转矩随定子极高度、定子铁心半径、永磁含量系数、线圈安匝数以及气隙长度等参数的变化规律．分析结果为永磁球形电动机的优化设计提供了依据．     

数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制

提出数字孪生驱动下永磁同步电机（PMSM）滑模变结构一体化解耦控制方法,改善永磁同步电机控制能力。构建基于数字孪生技术的永磁同步电机控制结构,通过设备层采集实际永磁同步电机运行数据及环境数据,作为数字孪生驱动数据来源,孪生建模层依据获取永磁同步电机数据,构建永磁同步电机的数字孪生驱动模型以及虚拟场景,经虚拟模型与虚拟场景耦合后,在虚拟场景中还原永磁同步电机运行状态;在孪生控制层中设计精确线性化解耦控制方法,并构建速度、电流一体化滑膜解耦控制器,在虚拟环境中通过解决永磁同步电机速度与电流之间的非线性耦合问题,完成实体电机解耦控制;同时数字孪生控制结构各层之间通过孪生数据传输实现数据交换与指令下发,实现有效的电机控制。经实验验证：经该方法控制后,永磁同步电机可在负载突加与突卸状态下保持平稳的电流与转矩,同时还可以迅速调整电机转速,使电机保持在理想状态下运行。     

永磁超环面电机模糊终端滑模的直接转矩控制

根据永磁超环面电机的结构特性和运行原理,推导了其结构参数和运动参数对电磁参数影响的表达式,建立了永磁超环面电机的数学模型并应用状态空间法进行了动态特性分析。针对该电机电磁转矩和输出转速的周期性波动,在转速环中通过模糊控制规则得到其结构参数与运动参数的增量以调节终端滑模控制器参数。为了提高永磁超环面电机的响应速度,应用直接转矩控制在转矩环和磁链环中设计了supertwisting滑模控制器,并结合空间矢量调制对永磁超环面电机进行控制。仿真实验表明:此控制策略有效地提高了永磁超环面电机的响应速度,减小了输出转速和电磁转矩的波动,得到了良好的控制效果。