低地板有轨电车用盘式永磁电机直驱技术

针对低地板有轨电车用传统牵引电机布置不便、传动效率低等现状,提出一种盘式永磁电机直驱独立车轮方案.电机整体悬挂于构架外侧,使得电机质量为簧上质量.由尺寸方程估计电机基本尺寸后,再使用编写的电机CAD(Computer-aided Design)程序设计60kW电机以满足有轨电车牵引需求.采用基于滑模观测器的无位置传感器矢量控制方式对电机进行牵引控制.根据车辆导向控制特点,分别对转向架同侧电机和两侧电机进行差速控制.在MATLAB/Simulink平台下搭建电机控制模型,仿真结果表明,电机控制响应快、鲁棒性高;多个电机协调导向性能好,适应直道和弯道线路的控制需求.     

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。     

电动汽车永磁轮毂电机磁场非线性解析计算方法

针对传统解析法通常假设铁磁材料磁导率为无穷大、忽略了磁饱和效应的问题,提出一种考虑铁磁材料磁导率非线性影响的磁场解析建模方法。利用复数形式的傅里叶级数和柯西乘积将材料磁导率嵌入到静磁场求解中,将永磁轮毂电机分为定子齿槽、气隙和永磁体3个求解域,以矢量磁位为求解变量,根据激励源的不同在各求解域建立拉普拉斯方程或泊松方程,联立边界条件求得各域矢量磁位。根据材料非线性B-H曲线,利用迭代算法得到了各工况下定子齿上的相对磁导率分布,计算了空载、电枢、负载磁场分布及输出转矩,并通过有限元法验证了该非线性解析法较传统解析法更准确。     

四轮驱动电动汽车永磁无刷轮毂电机转矩分配

四轮驱动轮毂电机电动汽车采用4个永磁无刷轮毂电机驱动,根据轮毂电机的反电势接近正弦波的特点,采用磁场定向控制方法可以实现最大转矩电流控制。该文在永磁同步电机磁场定向控制效率模型的基础上,提出了相同转速转矩下的多永磁同步电机系统效率模型,根据此模型证明了多永磁同步电机系统相同转速下转矩平均分配可使电机系统效率达到最优。将此结论应用到四轮驱动电动汽车轮毂电机转矩分配研究中,通过仿真和实车测试进行验证。仿真和试验结果证明,平均分配永磁无刷轮毂电机转矩可使整车效率最优。     

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。     

基于RMxprt的矿用低速高效永磁直驱电机转子结构分析

基于RMxprt分析了永磁电机的常见结构,结合矿用电机设计特点,提出了矿用低速永磁电机应采用的转子结构形式、定转子铁心应选用的材料、定子绕组形式,以及极数、槽数配合等,对矿用低速永磁电机的设计有一定的指导作用。     

电动车用低速直驱稀土永磁无刷电机系统

针对电动车用伺服电机及其控制技术研究现状,提出一种低速直驱式稀土永磁无刷电机系统.该系统选用外转子永磁同步电动机(PMSM),转子磁路采用表面插入式结构.首先,分析外转子PMSM的结构特征,并对电机电磁方案进行研究;设计l台3 kW、6极的车用外转子PMSM,并完成样机制作及测试;其次,研究PMSM的无位置传感器矢量控制,并结合设计的电机参数,利用MATLAB/Simulink软件对伺服系统进行仿真分析.研究结果表明:外转子PMSM具有效率高、转矩密度大、适合低速运行等特点,可直接驱动电动车辆;采用“磁场有限元分析”结合“等效磁路计算”的方法,有利于提高电机设计分析的准确度;对该电机系统实施的无传感器矢量控制策略,取得了较好的效果;利用滑模观测器能够较准确地估算电机转速和跟踪转子位置,并对负载变化引起的扰动具有较强的鲁棒性.     

直驱抽油机用圆筒型磁通切换电动机特性分析

针对现有抽油机系统存在传动环节多、结构复杂以及效率低下等问题,提出了一种直线电动机直接驱动的抽油机系统,该系统的主要特点是采用直接平衡的方式,并采用圆筒型磁通切换电动机.初步设计了直线电动机直接驱动的抽油机的总体结构,分析了圆筒型磁通切换电动机的工作原理;给出了电动机的主要尺寸,并采用有限元方法对其磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、空载反电动势、电感及推力等电磁性能进行了分析,采用添加辅助齿的方法优化了电动机磁阻力.结果表明,圆筒型磁通切换电动机反电动势趋近于正弦波,其谐波分量仅占基波分量的3%,在直线抽油机系统中具有很好的应用前景.     

直驱永磁风力电机中并网逆变器PI参数设计

分析了PWM并网逆变器在dq0坐标系下的数学模型,推导出了内外环的数学模型,建立了改进的双闭环控制的系统模型,并在此基础上进行简化及合理变换,运用改进的二阶法推导出双闭环控制时的PI调节器参数计算公式。最后在MATLAB/simulink中搭建平台进行仿真,并与传统方法的结果相比较,验证其精确性和正确性。     

外转子轮毂电机电磁场-温度场的耦合求解分析

采用有限元法对额定功率为8.5,kW的外转子永磁同步轮毂电机进行了电磁场-温度场的耦合仿真计算,研究了电机的发热以及电机内温度场分布情况,并对电机槽绝缘厚度和定子轭高度对电机温度场变化的影响做了定量分析.结果表明:当电机槽绝缘厚度降低到0.20,mm、定子轭高度增加5,mm时,电机温升问题得到了很好的改善,符合绝缘条件的要求.     

轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制

为了提高轮毂电机驱动电动汽车行驶稳定性,设计了基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性控制系统;针对滑模控制存在固有抖振的问题,建立基于模糊滑模控制理论的稳定性控制器;针对车辆质心侧偏角难以测量,建立了结构简单、计算快速的非线性滑模观测器;考虑到转矩分配的实际约束条件和分配器的响应速度,建立了等比例转矩分配器,分配各车轮上的驱动/制动扭矩。最后基于MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真平台进行了仿真分析,结果表明该控制器能很好改善车辆的操纵稳定性,并且控制输出更加平顺。     

高速永磁电机转子关键性能研究

从电磁和机械两方面综合考虑,基于弹性力学理论,运用有限元分析方法建立护套和永磁体应力计算模型,计算永磁体和护套的基本尺寸和过盈量.并利用轴对称的有限元模型推算出转子系统的动力学方程,进而通过有限元仿真分析了转子临界转速和振动模态以及刚度对临界转速的影响.     

永磁直驱风力发电系统控制策略仿真研究

风力发电系统是一个复杂的能量转换系统,有效地控制是系统安全、稳定运行的关键.针对永磁直驱风力发电系统(PMSG),机侧变流器采用功率外环、电流内环双闭环控制;网侧变流器采用电压外环、电流内环双闭环控制;最大功率点跟踪(MPPT)控制采用变步长爬山搜索法.建立了基于该控制策略的永磁直驱风力发电系统MATLAB仿真模型.仿真结果表明,采用该控制策略,系统能跟踪风能最大功率点安全、稳定运行,验证了该控制策略的有效性.     

电动汽车用双层内置式永磁电机的设计与分析

永磁电机具有高效、高功率密度、高转矩密度等优点在车用驱动电机中得到广泛的关注。针对现有车用驱动电机的指标,分析车用永磁电机的工作原理,并设计一款100 kW双层内置式车用永磁驱动电机,利用有限元分析软件建立电机的二维有限元分析模型,分析电机的空载气隙磁密、反电势及齿槽转矩,初步验证了设计的合理性;在此基础上,计算电机的转矩电流特性、电机过载特性及转速-转矩特性,结果表明,所设计的电机的峰值转矩达1 100 N·m,电机的峰值转速可达9 000 r/min,弱磁扩速范围达到3倍以上,满足指标需求。     

考虑磁场饱和的电动汽车用永磁电机控制仿真

针对电机弱磁控制系统中电机参数选取单一,没有考虑到电机不同工况下的参数变化,而导致没有充分利用电机性能的问题,研究了交直轴电感变化对弱磁控制系统的影响.以一台电动汽车用永磁同步电机为例,分别建立了电机的二维磁场模型和在不同矢量控制方法下的数学模型.根据交直轴磁链方程,考虑交直轴磁路耦合对磁场饱和的影响,利用有限元法计算了不同交直轴电流下的交直轴电感.将得到的电感矩阵代入id=0控制、弱磁控制等矢量控制系统中,比较在不同控制方法下考虑磁场饱和与不考虑磁场饱和的电机控制特征量.结果表明考虑磁场饱和的弱磁控制系统能够更充分地利用电机的性能,同时在仿真中能更准确地计算电机性能.     

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dSPACE的横向磁通永磁电机控制

在MATLAB/Simulink中,根据模块化建模思想,搭建了横向磁通永磁电机(TFPMM)控制系统的仿真模型,并进行离线仿真.以dSPACE替代常见的单片机,DSP作为处理器核心,并与Simulink进行无缝连接,构建TFPMM驱动控制系统实验平台.对TFPMM控制算法进行在线分析、调试和验证.研究结果表明:该实验平台可靠,可为今后解决更加复杂的控制算法提供基础.     

横向磁通永磁电机定子系统受力分析

横向磁通永磁电机磁路与电路分离,提高磁密或提高电负荷时相互不受影响,在保证二者的同时实现电机的高转矩密度,适用于某些特殊场合,故对该类电机的研究受到越来越广泛的关注.径向结构与盘式结构永磁电机,其振动与电磁噪声特性已经得到深入研究,并取得一定成果,而对于横向磁通永磁电机,其结构复杂,定子系统振动及电机电磁噪声特性极少被研究.由于定子所受电磁力是电机振动及电磁噪声的主要原因,拟对一台15 kW横向磁通永磁电机定子系统进行受力分析.为分析该类电机的振动及电磁噪声特性,文中计算了样机空载气隙磁场、反电动势、定子内外齿气隙磁密、定子内外齿所受径向与切向电磁力,并得出相应结论.     

电动汽车后轮轮毂电机驱动的操纵控制

针对后轮轮毂电机驱动特定中速轻型电动汽车,集成运动学模型、动力学模型和轮毂电机机电模型,形成一个包含车辆纵向平动、横向平动、绕z轴的横摆运动、后轮驱动力、电机速度、电机驱动转矩等特性参数的控制模型;后轮的纵向驱动力与滑转率相关,横向力与侧偏角相关;采用Ackermann模型进行理想化速度分配,以行驶速度、两个电机转速作为控制变量和反馈变量;通过直线行驶速度阶跃变化、直线行驶速度缓慢变化、速度恒定转角阶跃变化和速度恒定转角正弦变化等四种行驶状态的仿真,对比分析了三环节集成PID控制模型、一环节控制模型和初始模型的响应特性,验证了控制模型的有效性。     

直驱永磁风力发电机组MPPT综述

风力发电系统的运行需要快速准确地进行最大功率点跟踪(MPPT),主要介绍了几种常见的风力发电系统MPPT控制方法,包括叶尖速比法、功率信号反馈法、爬山搜索法以及模糊智能控制,分析了各自的优缺点,并指出了MPPT方法的发展趋势.