水泵用高效散热永磁无刷电机散热结构设计

介绍了一种水泵用高效散热永磁无刷电机的散热结构设计。该结构电机利用膨胀填料和磁力传动特性,通过加速气流在电机壳和散热介质箱之间的循环流动,改善无刷电机的散热效果。经测试验证,所设计的高效散热永磁无刷电机各部位的温升比普通永磁无刷电机低4~8 K,其散热效果明显优于普通永磁无刷电机。

高速永磁无刷电机电磁损耗的研究概况(英文)

高速永磁无刷电机得到越来越多的关注,其电磁损耗及抑制措施就是一个研究热点。首先,由于基波频率高(可达到1 kHz以上),定子绕组的集肤效应和临近效应产生附加铜耗。附加铜耗可以通过采用细导线并绕的方法来抑制。其次,定子铁心中的磁场交变频率高,导致铁耗明显增加。为降低定子铁耗,需要设计较少的电机极数、远低于常规电机的定子铁心磁密,并采用低损耗的铁心材料。再次,由于定子磁动势的谐波频率及气隙磁场的变化频率都数倍于基波频率,在转子中产生涡流损耗,而这种涡流损耗在中、低速永磁无刷电机中往往是忽略不计的。为抑制转子涡流损耗,应减小定子磁动势的谐波分量,也可采取减小定子槽开口、加大气隙长度、对永磁体进行轴向分块、采用转子导电屏蔽层、对转子保护套周向开槽等措施。此外,适当的控制策略(如永磁无刷直流电机超前触发、永磁同步电机弱磁控制)也有助于减小电磁损耗。

表贴式永磁无刷电机直接解析计算方法

采用直接解析法计算表贴式永磁无刷电机空载气隙主磁场、齿槽转矩和反电动势。求解场域划分为气隙、永磁体和槽区域,三个子区域的拉普拉斯方程或泊松方程通过交界条件建立联系,然后采用解析法直接求解。计算中确切计及了实际槽深和槽间距离。开槽气隙主磁场、齿槽转矩和反电动势解析计算波形分别与二维有限元法计算结果和实验波形作比较,比较结果较为一致,证明了本文方法的正确性和有效性。

永磁无刷电机的建模与仿真分析

从直流电机的基本原理出发 ,分析了永磁无刷电机的电磁关系 ,着重推导了电机的电磁力矩和反电动势的一般表达式 ,在此基础上建立了带中线的永磁无刷电机的电路模型 .在Matlab/Simlink平台下的仿真结果证实该模型具有计算稳定 ,执行效率高的优点 .与永磁无刷电机的状态方程模型相比 ,电路模型不仅使仿真更加简便 。

双定子永磁无刷电机裂比的分析与优化

推导了双定子永磁无刷(double-stator permanent magnet brushless,DS-PMBL)电机的功率方程。基于所导出的功率方程分析了该电机在不同磁负载下的功率输出特性,从而得到了使DS-PMBL电机获得最大输出功率的最优裂比(内定子外径与外定子外径之比)的解析表达式。在此基础之上,对内外气隙功率的合理配置进行了定量分析。以一台DS-PMBL样机为例,对其裂比进行了分析与优化,以使其获得最大功率密度。有限元计算结果和样机实验验证了设计方法和理论分析的正确性。

考虑邻近效应的高速永磁无刷电机交流损耗

为了准确计算高速永磁无刷电机绕组交流损耗,考虑导体的趋肤效应和邻近效应,分析了槽内导体的涡流损耗的影响因素,并采用2D有限元研究SPWM调制引起的电流谐波、槽口几何尺寸、导体直径和位置以及并绕根数对绕组交流损耗的影响。计算结果表明,通过合理选择槽口尺寸、导体直径、并绕根数以及载波比可以有效降低绕组的交流损耗。针对永磁无刷电机绕组交流损耗难以从定子铁心损耗、转子涡流损耗以及机械损耗中准确分离的特点,采用在电机三相绕组中串入测试线圈的实验方法,验证了绕组交流损耗和SPWM载波比、导体半径以及并绕根数的关系,实验和有限元计算结果误差在5%以内。

功率分配用双定子永磁无刷电机设计与电磁特性分析

介绍了一种混合动力汽车(HEVs)功率分配用双定子永磁无刷(DS-PMBL)电机内外定子绕组功率合理配置的设计方法,导出了电机的尺寸方程,设计并制造了一台额定功率为2.5kW的样机。基于二维有限元法对电机的反电动势、电感、定位力矩等电磁特性进行了计算和分析。样机实验结果验证了设计方法和理论分析的正确性,为该电机用作HEVs功率分配装置的进一步研究奠定了基础。

表面式永磁无刷电机电枢反应磁场半解析法

半解析法分析表面式永磁无刷电机电枢反应气隙磁场。求解区域分为气隙和槽形区域,气隙磁场用解析法求解,槽形区域用差分法计算。两区域含共有部分,共有部分的磁场计算结果可作为另一场域的边界条件。定子开槽以及槽内电流都能以实际情况表示,实例计算与有限元法计算结果吻合较好,计算值与测量值较为一致,证明了方法的正确性。

高速永磁无刷电机转子护套周向开槽的有限元分析

转子损耗造成转子局部高温是高速永磁无刷电机的主要问题之一。高速永磁无刷电机的转子损耗主要包括风摩损耗和涡流损耗,而涡流损耗主要由转子金属护套损耗和转子永磁体损耗组成。该文采用有限元的方法分析研究高速电机转子护套开周向浅槽对转子涡流损耗、风摩损耗及温升的影响;同时,分析了转子护套开槽前后的转子护套应力变化情况。通过上述分析,证明在转子护套上开周向浅槽可以有效减小高速电机转子损耗、降低转子温升,且不影响转子护套强度。

电动汽车用永磁无刷电机回馈制动技术研究

介绍了电动汽车用永磁无刷电机在回馈制动工况下的控制原理,对两种不同的升压斩波方法进行了分析评价,提出了一种基于电机特性的制动能量回收的控制策略。实验结果表明,该方法可简便、有效地实现电动汽车的电气回馈制动,进而提高电动汽车的能量利用率。

霍尔传感器故障下的永磁无刷电机容错控制及其动态性能研究

该文针对霍尔位置传感器的故障,提出永磁无刷电机的容错控制方法,并研究了容错控制系统在动态过程中的性能。首先,分析霍尔传感器的故障情况,定义故障类型。分析各种故障对霍尔信号中的角度间隔和时间间隔的影响,提出针对霍尔故障的转子角度外插估计法。为减小角度预估的滞后,将外插估计法和电机的机械动态模型结合,提出能够克服霍尔故障的闭环角度观测器,以电磁转矩作为前馈信号,提高观测器的动态反应速度。为了完全消除估计角度的滞后现象,将霍尔信号变换为霍尔矢量,并对霍尔矢量进行了频谱分析和谐波消去,在此基础上提出了具有容错功能的霍尔矢量跟踪观测器。最后,通过仿真和实验验证了三种容错控制方法。实验结果表明,三种容错控制方法都能在故障情况下完成转子角度的估计,实现驱动系统的容错控制,而且霍尔矢量跟踪观测器有效地改善了容错控制系统的动态性能。

Halbach阵列磁力变速永磁无刷电机解析计算与设计

精确计算气隙磁场是分析与设计复合电机的关键,该文运用二维解析法计算Halbach阵列磁力变速永磁无刷电机气隙磁场。根据磁力变速永磁无刷电机的结构特点,分别建立磁力齿轮和永磁无刷电机两部件解析模型;求解场域主要有内中外三层气隙、内外双转子永磁体区域和内外双定子槽区域,每个子区域的求解方程通过边界连续条件建立联系。计算得到各子区域的矢量磁位磁通解析式,计算电机磁场、齿槽转矩、反电动势和电磁转矩;制作样机并搭建控制系统试验平台,进行空载和负载试验测试。解析计算波形和试验样机测试波形对比,结果一致,证明了该方法的正确性和有效性。

永磁无刷电机方波和正弦波驱动的转矩研究

使用电磁场分析软件和Matlab/Simulink仿真工具,分别对永磁无刷电机方波和正弦波驱动时的稳态电磁转矩和动态电磁转矩进行了仿真分析,对两种驱动方式下的稳态电磁转矩的大小、转矩脉动进行了比较。结果表明,正弦波驱动较方波驱动稳态电磁转矩值及转矩脉动减小,动态电磁转矩脉动频率增加,但脉动幅值也同时增加。

双余度永磁无刷电机系统数学模型与特性分析

双余度机电作动伺服系统作为多电及全电飞机伺服作动系统具有体积小、功率密度大优点,提高了飞机伺服系统工作的可靠性。而双余度永磁无刷电机作为此系统中实现电能到机械能转换的关键部件,直接影响系统的性能。通过研究双余度永磁无刷电机组成结构形式及脉宽调制逆变器的开关函数和系统的状态方程,分析双余度永磁无刷电机的互感耦合数学模型,建立双余度永磁无刷电机系统的数字仿真模型,此模型适用于处理该系统所组成的时变网络模型;在对系统特性进行分析的基础上完成了在Matlab环境下的系统仿真,对比分析了系统仿真与试验的波形。结果表明系统建模方法与实际运行结果相近,可以更好地分析余度电机的特性。

永磁无刷电机霍尔位置传感器容错控制

针对永磁无刷电机霍尔位置传感器故障问题,提出霍尔位置传感器(单霍尔和双霍尔)故障容错控制方法。任意霍尔信号跳变沿时刻,根据具体霍尔跳变沿类型和当前霍尔状态判别霍尔故障类型;分析永磁无刷电机的机械运动方程,提出3种改进型霍尔传感器故障补偿策略:线性外差法霍尔故障补偿、一阶泰勒算法故障补偿(first-order algorithm)、基于降阶观测器的霍尔故障补偿。将霍尔传感器容错控制策略在方波和正弦波电流控制的永磁无刷电机实验平台上进行测试,验证不同霍尔传感器容错控制策略的性能。实验证明,基于降阶观测器的霍尔传感器容错技术较另外两种方法具有更好的容错性能。

解析数值结合法在直驱轮毂式永磁无刷电机气隙磁场分析中的应用

该文用解析数值结合法分析直驱式外转子分数槽表面磁钢永磁无刷电机气隙磁场。将磁场求解范围划分为等效气隙区域和扩展槽区域,根据等效气隙区域磁位解析解得到开槽后扩展槽区域数值计算的第一类边界条件,永磁体等效成面电流密度,用四边形等参元法计算扩展槽区域磁场分布。电机转子转动,可计算任意气隙半径处磁密分布和任意角度的齿槽定位转矩。通过对计算结果的分析验证此方法在外转子表贴式电机气隙磁场计算中的正确性。

软磁复合材料及其在永磁无刷电机中的应用

为了研究软磁复合材料(SMC)在永磁无刷电机中的应用,对叠压硅钢电机、SMC三维磁路结构电机、SMC二维磁路结构电机进行了对比,同时针对基于SMC的三维磁路结构电机难以采用通用的商用软件进行初始设计的问题,提出一种二维磁路等效设计方法。首先对SMC试块及50TW600叠压硅钢试块进行了磁化特性及铁耗的对比性能测试,其次,基于试块测试结果,对三种电机进行了对比研究,接着,鉴于SMC三维磁路电机的结构复杂性,对其与SMC二维磁路结构电机的等效性进行研究,以方便SMC三维磁路电机的初始分析设计,最后,对SMC三维磁路结构电机进行了样机试制和实验,证明了SMC三维磁路结构电机的可行性。

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1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。

永磁无刷电机的电磁设计参数研究

在进行永磁无刷电机的研制中,用解析式表达了气隙磁场的分布函数,导出了极弧系数及方波气隙磁场下的反电势的表达式,提出在大功率无刷电机的电势平衡方程中,由于电流大、绕组电阻小,不仅要考虑导通时功率IGBT的管压降,还应考虑导通时功率IGBT的电阻作用.

共直流母线开绕组的少稀土混合磁材料永磁无刷电机系统零序电流抑制策略

为提高少稀土混合磁材料永磁无刷电机的功率密度和转矩输出能力,采用了新型共直流母线开绕组的逆变器拓扑结构。该结构会在电机绕组内产生零序电流,一定程度上影响了电机的运行效率和稳定性。为此,提出了一种解耦空间矢量脉宽调制法,有效提高了电机端电压利用率。对共直流母线情况下共模电压和零序反电动势均会导致3、9次电流谐波的问题,采用了具有针对性的重复控制器对零序电流进行闭环控制,在简化控制系统结构的同时,有效地解决了共模电压和零序反电动势的影响。最后,通过试验验证了所提方法的正确性和可靠性。