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.     

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。     

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。     

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.     

新型高速永磁电机的场路耦合分析

通过分析高速永磁电机的特点与关键技术,并在此基础上进行了一台60 000 r/min,100 kW的高速永磁电机的定、转子结构设计,提出了一种新的既有利于降低转子表面电磁损耗又有利于电机通风散热的定子结构和一种可满足高速电机机械和电磁性能要求而且加工和充磁工艺简单的新型永磁转子结构.然后,利用场路耦合分析,计算了高速永磁电机的空、负载特性和电机内的电磁场,部分验证了这种特殊结构的永磁同步电机电磁设计的合理性.     

永磁同步电机模拟系统硬件在环仿真平台研究

针对利用永磁同步电机驱动电源进行性能检测和功率评估,并使用实际永磁同步电机作为驱动负载进行试验时,存在的试验平台设计复杂、能耗高、参数不易调节等问题,研究了基于电子负载的永磁同步电机模拟系统的实现.采用StarSim软件搭建运行在NI实时仿真器中的主电路模型,并利用DSP控制器实现对电机模型与模拟电流的控制,从而建立永磁同步电机模拟系统.为了分析系统可行性,对该模拟系统进行硬件在环(Hardware in the Loop,HIL)仿真试验,结果表明:该永磁同步电机模拟系统真实地反映了实际电机的电气特性,使用该系统替代真实电机对驱动电源进行性能检测和功率评估时,具有设计简单、绿色节能、参数便于调节等优点.     

永磁同步电机参数扰动抑制方法

在电机参数发生扰动的永磁同步电机控制系统中,为提高无差拍预测控制性能,需要对电机参数扰动进行补偿. 文中利用永磁同步电机数学模型分析了参数扰动对无差拍预测控制的影响;针对定子电感和定子电阻的扰动设计了自回归模型,利用前若干控制周期的参数扰动量估计出当前控制周期的扰动量;将估计的参数扰动量补偿到无差拍预测控制的输入端,实现对永磁同步电机的控制. 仿真和实验结果表明提出的自回归模型参数扰动估计方法能够有效抑制永磁同步电机定子电阻和定子电感的扰动.      

基于EKF的双Y移30°六相PMSM无速度传感器控制系统研究

介绍了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的双Y移30°六相永磁同步电动机(PMSM)无速度传感器控制方法.本系统建立了六相双Y移30°绕组永磁同步电动机的数学模型和状态空间方程.通过选取dq旋转坐标系下的定子电流、电机转速和转子位置作为状态变量,选取定子电压和电流作为输入、输出向量,构建了EKF观测器.在dq旋转坐标下采用扩展卡尔曼滤波器获得转速和转子位置,并利用TMS320F2812型DSP芯片实现全数字控制.该方法不需要对多相永磁电机的结构作任何改变,同时适用于凸极和隐极永磁同步电机,在很宽的速度变化范围内都有较高的位置估计精度.实验表明该方法使系统具有更加良好的控制性能.     

基于SVM的双辅助永磁体Halbach阵列潜油永磁同步电机优化设计

气隙磁通密度的谐波和基波幅值直接影响潜油永磁同步电机的性能,为了对潜油永磁同步电机的气隙磁密进行分析和优化,设计一种双辅助永磁体Halbch阵列结构表贴式潜油永磁同步电机并对该结构进行优化。该电机的永磁体采用Halbach充磁方式,其中主磁体采用径向充磁方式,双辅助磁体分别采用不同方向的平行充磁方式;双辅助磁体与主磁体不等厚且不等宽。为了降低计算成本,提高计算效率,采用支持向量机的非线性回归模型对优化目标拟合,通过有限元方法对优化前后的潜油永磁同步电机进行对比。结果表明,双辅助永磁体Halbach结构能有效降低气隙磁通密度的谐波,且可以提高其基波幅值。     

双水道液冷永磁同步电机散热特性分析

根据电动汽车用永磁同步电机的高热流密度散热需求,文章提出了一种互逆轴向双水道液冷散热结构,建立了液冷散热结构的电机模型;采用有限体积法对不同参数下的液冷结构进行了流场和温度场的耦合分析,并与实验数据进行了对比,结果表明双水道液冷结构比单水道液冷结构的温度分布更均匀,且冷却效果好。该文进一步分析了双水道液冷的结构参数、冷却液流量、接触热阻对电机散热特性的影响,为电机的高效散热设计提供了一定的参考。     

定子铁心采用非晶与硅钢的电动汽车用永磁同步电机温度场分析

永磁同步电动机因具有功率密度高,噪声低及效率高等优点在电动汽车中占据了较大的市场份额.将低铁损的非晶材料应用于定子铁心时可使电机效率进一步提升,但高功率密度伴随而来电机发热问题不可忽视.通过对两台相同结构,定子铁心分别采用硅钢和非晶的永磁同步电机进行电热耦合数值分析,对比研究两台电机在额定工况和峰值工况以及高转速下的温度场分布特性.结果表明,在额定转速下非晶电机温升高于硅钢电机,但高速下硅钢电机温升远高于非晶电机.最后对两台样机进行温升实验,将电热耦合结果与实验数据进行对比.     

切换系统下永磁同步电机混杂系统模型

永磁同步电机在实际控制运行状态中,不但包含连续状态,还包含离散状态,无论针对哪种状态进行单一控制都无法获得良好的效果.因此结合工程实践,在考虑漏电感及直轴交轴电感的情况下,通过分析磁链方程,建立三相坐标系下永磁同步电机本体的非线性时变模型.针对逆变器建立其开关函数表,作为电机定子电压的离散状态,进而建立起永磁同步电机的开关混杂模型.通过开环状态下的仿真运行,证明了其正确性,为针对该混杂系统的控制及优化研究提供了基础.     

一种永磁同步电机齿槽转矩的测量装置

为准确测量永磁同步电机的齿槽转矩,设计一种转子与静态转矩传感器相连接、用直流电机驱动永磁同步电机定子旋转的测量机械结构,利用高精度数据采集卡对转矩进行连续测量,并采用数字滤波的方法,将采集信号中的工频干扰和静态转矩传感器固有机械振荡干扰进行窄带陷波。该测量装置经实际测试可行,能够完整的测量出电机齿槽转矩变化过程,并具有足够的工程精度。     

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.     

基于小波分析永磁同步电机匝间短路故障检测

为研究电动汽车永磁同步电机匝间短路故障的检测方法,首先建立永磁同步电机匝间短路故障的有限元仿真模型;然后,在多种工况下对正常电机和故障电机的定子电流进行小波分析,提取特征频段系数的均方根(RMS)作为匝间短路故障检测的依据,并设定故障检测的阀值.实验结果表明,基于定子电流小波分析的方法能够检测电动汽车永磁同步电机匝间短路的故障.     

基于模型参考自适法的电机参数辨识

本文从电机的基本方程出发,根据模型参考自适应法的设计规则,寻找出参考模型与调节模型。在Popov超稳定理论指引下,设计了基于此方法的永磁同步电机直接转矩控制系统的电机转速和定子电阻辨识的自适应规律,建立了基于MARS法的永磁同步电机直接转矩控制系统。通过仿真结果证明了MARS法在永磁同步电机直接转矩控制系统中应用的有效性和合理性,改善了直接转矩控制系统的低速性能。     

一种车用永磁同步电机实验平台研究

永磁同步电机凭借其诸多的优点被很多电动汽车厂商用作汽车驱动系统的驱动电机,永磁同步电机已成为电动汽车的主要驱动电机之一。该文提出了一种车用永磁同步电机实验平台的建设思路和方法,该平台可进行电机无传感器控制和相关的控制算法及控制策略的研究。     

永磁同步电机的结构与其电磁参数关系分析

永磁同步电机的结构多种多样 ,磁场复杂 ,在电机的设计和仿真时 ,电磁参数不易得到。论文提出一种新的方法 ,从电机电磁场的角度 ,研究电磁参数和电机结构的关系。在永磁同步电机的设计和仿真时 ,直接根据具体电机结构调入所需电磁参数 ,不但缩短了仿真程序的开发周期 ,而且能进行多种结构电机的设计 ,增加了程序的通用性。另外 ,从电磁场的角度直接计算电磁参数 ,保证了参数的精确性。针对内置径向式永磁同步电机 ,研究了电磁参数与其结构关系 ,并将所得参数用于电机的设计和仿真。仿真和试验结果表明该方法能快速精确地设计永磁同步电机     

车用永磁同步电机功率闭环扭矩控制方法

针对永磁同步电机磁链参数易受环境温度、定子电流等参数影响的情况,研究了表贴式永磁同步电机(SPMSM)和采用i_d=0控制的内置式永磁同步电机(IPMSM)功率、扭矩与磁链的联系,提出了一种基于功率闭环的在线辨识磁链实现精确扭矩控制的策略,并进行了仿真和实验分析. 结果表明,提出的策略能使永磁磁链快速、准确地收敛到磁链真实值,从而提高车用电机驱动系统的动态性能和抗干扰能力.      

基于有限元分析的永磁同步电机实时模拟器研究

针对三相永磁同步电机,设计了一种功率硬件在环的实时电机模拟器结构.提出了一种基于三相定子坐标系的永磁同步电机电流-磁链有限元反查表模型,建立了接口电路的数学模型,基于此提出了电压前馈电流反馈控制的接口算法,并针对电流反馈环节提出了一种模糊PI控制算法.通过Matlab/Simulink及其与JMAG-RT的联合仿真实验测试方法对接口控制算法和电机模拟器进行了测试与对比分析.仿真结果表明:在额定工况下,所提出的接口控制算法对期望相电流值的跟踪误差小于2%,所提出的电机模拟器对电机相电流及转速特性的模拟误差均小于3%,验证了其有效性.