A New Hybrid Model Rotor Flux Observer and Its Application

A new hybrid model rotor flux observer, based on a new voltage model, is presented. In the first place, the voltage model of an induction machine was constructed by using the modeling method discussed in this paper and then the current model using a flux feedback was adopted in this flux observer. Secondly, the two models were com- bined via a filter and then the rotor flux observer was established. In the M-T synchronous coordinate, the observer was analyzed theoretically and several important functions were derived. A comparison between the observer and the traditional models was made using Matlab software. The simulation results show that the observer model had a better performance than the traditional model.

混合转子永磁电机双风道冷却系统设计

混合转子永磁电机具有高功率密度的优势,但也导致电机散热空间和散热能力不足等问题。为此,根据其特有的转子结构提出一种双风道冷却系统,并采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的方法对电机温度场进行验证。首先,根据电机损耗和尺寸设计一个适合双风道的轴流风扇。其次,对不同进、出风口的结构参数进行仿真,对比和分析仿真结果,选出冷却性能较好的参数组合。最后对单风道和该参数组合下的双风道进行数值模拟,仿真结果表明,使用双风道冷却结构后电机散热能力显著提升。

基于ICEEMDAN多尺度熵与NGO-HKELM的转子故障诊断

针对电机转子故障信号非平稳、敏感的故障特征不能有效提取,传统分类器参数智能优化算法存在优化速度慢、调整参数多、易陷入局部最优等问题提出基于ICEEMDAN-MSE-KPCA与NGO-HKELM优化的转子故障诊断方法。首先,采用改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(improved complete empirical mode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN)方法对转子振动信号进行分解和重构;计算重构信号的多尺度样本熵(multiscale sample entropy,MSE),形成特征向量,通过核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)方法对高维的特征向量进行降维;最后,将降维后的特征向量输入北方苍鹰算法(northern goshawk optimization,NGO)优化的混合核极限学习机(hybrid extreme learning machine,HKELM)进行转子故障分类。研究结果表明,基于ICEEMDAN-MSE-KPCA与NGO-HKELM优化的转子故障诊断模型,平均识别准确率可达97.7273%,平均寻优时间为1.0681 s,收敛速度快、准确率高以及分类效果好。

柴电混动舫外机飞轮转子一体化轴系试验及仿真

为了减小动力系统的体积,将电机的转子集成到发动机的飞轮上,可有效提高柴电混动航外机的集成度,但会造成曲轴受力状态的变化。以某航外机用柴电混动专用柴油机的飞轮转子一体化轴系为研究对象,基于曲轴单元建立有限元仿真模型,并通过曲轴应力试验结果对模型进行标定。对曲轴强度进行分析,得到爆发压力和转速对曲轴各特征点的载荷、应力和强度的影响规律,为提高柴电混动外机的曲轴可靠性提供理论参考和基础数据。

混合励磁可变磁通磁阻电机齿槽转矩抑制研究

针对混合励磁可变磁通磁阻电机(hybrid excited variable flux reluctance machine,HEVFRM)齿槽转矩较高的问题,对6槽7极HEVFRM转子削极的方法进行了研究。建立空载气隙磁动势与磁导模型,计算空载气隙磁场中的谐波分布,通过比较原始转子、反余弦削极、反余弦加三次谐波削极与反余弦加三次、五次谐波削极转子空载气隙磁密谐波的幅值,削极转子结构可以降低高阶气隙磁密谐波幅值,来抑制齿槽转矩。结果表明,反余弦削极转子可以有效抑制齿槽转矩,将反余弦削极与谐波注入相结合可以进一步抑制齿槽转矩。其中,反余弦加三次、五次谐波削极转子结构可以抑制99.1%的齿槽转矩,而平均输出转矩仅降低4.5%。通过实验验证了反余弦削极转子可有效抑制6槽7极HEVFRM的齿槽转矩。

六极外转子径向混合磁轴承转子位移自检测

为了解决六极混合磁轴承位移传感器体积大、成本高的问题,提出了一种改进粒子群优化算法最小二乘支持向量机的位移估计方法.首先,介绍六极外转子径向混合磁轴承的结构和工作原理,并推导其径向悬浮力的数学模型.其次,将改进的粒子群算法的惯性权重改变,以实现更快的迭代,并建立了基于最小二乘支持向量机的预测模型,根据改进的粒子群算法优化的参数对预测模型进行了仿真和验证,并比较了改进的粒子群算法和粒子群算法的预测值.最后,进行了静态悬浮实验、动态悬浮实验、扰动实验,验证了该位移估计方法的鲁棒性和稳定性.

新能源汽车新型混合励磁驱动电机的优化设计

本文提出了一种新的混合励磁驱动电机(HEDM),电机的转子部分由组合磁极永磁转子和无刷电爪转子组成,建立等效磁路模型,计算爪极转子的空载泄漏系数,对电机结构进行有限元分析和样机试验,验证了新型HEDM作为车载电机的合理性和可行性,为新能源汽车驱动电机领域的应用提供了可能。

极数对双定子混合转子同步电机转矩密度的影响研究

双定子混合转子同步电机是一种新型结构电机,该电机可在不显著增加成本的前提下,充分利用传统低速直驱永磁电机内部空间,提高电机的转矩密度。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,分析了内、外单元电机组合角度对其输出转矩的影响,推导了其转矩计算公式,并以体积和温升为约束条件,对不同极数的内磁阻电机进行了设计,进而归纳总结出内磁阻电机极数对双定子混合转子同步电机转矩密度的影响规律,为该种特殊结构电机的设计与分析奠定理论基础。

混合励磁交替极永磁电机多谐波调磁技术研究

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet vernier machine,HE-CPPMVM)。该电机的转子采用CPPM结构,定子齿上同时绕有集中电枢绕组和直流励磁绕组。无励磁电流时,旋转的永磁场经定子齿的调制后与电枢反应谐波相互作用实现机电能量转换;施加励磁电流时,定子励磁绕组通电后可产生静止励磁磁场,经CPPM转子凸极铁芯调制后与电枢反应谐波相互作用可灵活调节电机磁场。该文介绍该电机的结构特征,建立交替极永磁场、励磁磁场和定转子磁导模型,阐述工作谐波特性,揭示其多谐波工作调磁原理。加工原理样机并进行测试,验证调磁原理的有效性。

直升机超临界尾传动轴限幅减振器非线性动力学特性研究

直升机超临界尾传动轴在跨临界转速时会产生剧烈的振动。限幅减振器是专门针对尾传动轴跨临界减振问题设计的一种复合式减振器。限幅减振器与尾传动轴组成的系统具有摩擦、碰撞等强非线性特征,动力学特性异常复杂。为揭示限幅减振器工作机理并指导减振器设计,建立了具有双间隙结构的限幅减振器与尾传动轴系统的弹簧‑质量‑阻尼等效模型。分别基于直接时间域积分和时频变换谐波平衡(Harmonic Balance Method with Alternating Frequency‑Time Domain Technique)+数值延拓(Numerical Continuation)两种方法对控制方程进行了求解。计算结果表明,限幅减振器存在无作用、正常减振、异常减振、限位四种工作状态。其中,限位状态是针对故障工况下尾传动轴进行的临时限位保护。此外,进一步研究了减振器参数对减振和限位效果的影响,得到了传动轴与碰摩环之间间隙、碰撞刚度以及临界摩擦力对限幅减振器减振效果的影响规律。发现存在最优临界摩擦力,且最优临界摩擦力与传动轴不平衡量等有关。同时限位状态下,通过增加碰摩环与底座之间的碰撞刚度可以减小限位幅值,但也会产生更大的冲击力。最后,开展了正常减振工况下碰摩间隙和临界摩擦力两个关键参数对限幅环减振效果影响的试验研究,验证了模型的有效性。

永磁/磁阻混合转子双定子低速大转矩同步电机冷却及热管理技术研究

低速大转矩同步电机(LSHTSM)在诸多领域有着广泛应用,针对现有低速大转矩永磁电机内部空间未得到充分利用,转矩密度较低且永磁体成本高、易发生高温退磁等问题,研究了一种永磁/磁阻混合转子双定子低速大转矩同步电机。首先,介绍了电机的拓扑结构及机械结构,针对电机结构复杂、温度难以快速准确计算问题,建立了电机精确热网络温度计算模型,详细推导了电机各特殊结构件之间的热阻数学模型,解析计算了电机各部件稳态温度,总结了电机温度分布特点。其次,针对电机结构特殊、散热困难问题,设计了一种双水冷方式的冷却系统,研究分析了冷却系统结构参数对电机冷却效果的影响,总结了特殊结构电机冷却系统设计原则。最后,分别采用有限元仿真与实验方法验证了所建立热网络温度计算模型的准确性以及冷却系统的有效性。

磁悬浮转子真空计混合磁悬浮建模与控制研究

针对磁悬浮转子真空计的永磁-电磁混合磁悬浮系统,考虑其磁悬浮结构中的永磁体影响,计算了磁悬浮轴向的磁场分布,建立了混合磁悬浮系统的频域模型。设计了永磁电流刚度系数与永磁位移刚度系数,用来表征线圈电流、转子距下线圈的距离及永磁体参数对混合磁悬浮系统的影响,并依据这两个参数对悬浮系统的设计做出限制与规定。设计了模拟比例-积分-微分控制电路以进行悬浮控制。最后按照此控制模型在真空下用测量头进行压力测量实验。实验结果表明,根据设计的混合磁悬浮模型的线圈参数与安装位置,在模拟比例-积分-微分控制电路的控制下,可以完成9×10^(-5)~1 Pa的压力测量。

混合动力多旋翼的改进型模糊PID控制方法设计

以并联式油电混合动力多旋翼无人机的控制系统为研究对象,建立了多旋翼无人机六自由度刚体动力学模型,提出了一种基于量化因子自适应模糊PID控制的改进型模糊PID控制方法。以高度通道及三个姿态角通道为例,利用Matlab/Simulink仿真平台,设计了传统PID控制、模糊PID控制、量化因子自适应模糊PID控制三种控制器并对比分析这三种控制器的控制效果,仿真实验表明量化因子自适应模糊PID控制器的快速性、稳定性、可靠性等性能指标明显优于其他两种控制器,经过飞行试验分析,证明了控制器模型的有效性。

双定子无刷双馈发电机电磁分析与实验研究

针对现有传统结构无刷双馈发电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)功率密度较低、磁场调制能力较弱的问题,提出了一种新型混合转子双定子无刷双馈发电机(double stator brushless doubly-fed generator,DSBDFG)。阐述了该新型发电机的机械拓扑结构和运行原理,采用有限元方法分别对该发电机在空载和负载运行时的电磁性能进行了仿真分析。研制了1台额定功率为50 kW、额定转速为360 r/min的实验样机,对样机绕组电阻和电感参数进行了测量,搭建了样机空载和负载运行时的实验平台,对样机在额定转速下空载和负载运行时的电压、电流及效率进行了测试,通过将实验结果与仿真结果进行对比,验证了新型混合转子DSBDFG电磁设计的合理性和正确性。

动静压气体轴承-转子系统振动特性实验研究

基于气体轴承-转子系统的非线性响应,搭建气体轴承-转子系统振动测试试验台。结合时域图、频谱图和轴心轨迹图分析气体轴承-转子系统升速过程中运行状态的发展变化情况,研究系统运行过程中的非线性振动特性。分析不同供气压力对振型、振幅、频率、轴心轨迹和稳定性的影响,提出稳定性控制方法。结果表明:调整动静压气体轴承供气压力,能够改变系统的动态特性,有效提高系统的固有频率,改善低频振动与固有频率耦合效应,提高转子失稳转速,推迟振荡失稳的产生,限制气膜振荡的幅值,能够有效的提高轴承-转子系统运行稳定性。

磁气负载比对箔片-磁力混合轴承支承特性及转子动力学特性的影响

箔片-磁力混合轴承是一种能降低箔片轴承起飞前的摩擦损耗且可改善磁轴承高速时的承载和动力学性能的新型高性能主动控制型轴承。提出了一种箔片-磁力混合轴承的设计方法,设计并搭建箔片-磁力混合轴承支承特性实验台和箔片-磁力混合轴承转子实验台,实验探究了磁气负载比(即气体箔片轴承和主动磁轴承之间的载荷分配比)对箔片-磁力混合轴承支承特性和转子动力学特性的影响。实验结果表明:箔片-磁力混合轴承比箔片轴承的总体静态刚度和刚度变化率有所提高。箔片-磁力混合轴承结构刚度随频率的提高而增大,等效黏性阻尼随频率的提高呈现先降后增的趋势。此外,合适的负载比可以降低起飞转速,改善摩擦损耗,抑制次频振,有利于提高转子的高速稳定性。

新型分段定子开关磁阻电机转矩增强和径向力减小的分析研究

开关磁阻电机由于结构简单和启动转矩大等优点应用于许多领域,然而与永磁电机相比,其表现出较低的密度转矩和较大的振动噪声。文中提出一种新型分段定子开关磁阻电机,并在每个定子块两侧增设永磁体,构成分段定子混合励磁开关磁阻电机。首先介绍了拓扑结构和原理,磁路等效法证明了永磁体对气隙磁通加强作用,同时通过有限元仿真得出永磁体对转矩密度的影响并得出优化永磁体厚度。其次建立外转子齿顶开槽模型分析径向力减小的原理,同时对不同槽口宽度和深度模型仿真分析,得到优化尺寸。最后仿真表明,分段定子混合励磁开关磁阻电机的平均转矩提高了34.2%,转矩脉动下降了19.3%,定转子重叠区间的径向力波降低了12.5%,有效降低了径向力,改善了振动噪声。

倾转旋翼无人机混合动力系统的建模与仿真研究

为了分析油电混合动力系统的工作性能,以燃气涡轮发动机为基础,建立倾转旋翼无人机的油电混合动力系统模型。根据倾转旋翼无人机的工作特点,给出油电混合动力系统的功率配置方案,计算分析混合动力系统在倾转旋翼无人机典型飞行任务剖面下的工作性能,为后续研究倾转旋翼无人机的动力系统奠定基础。

多旋翼混合动力无人机自适应能量管理策略仿真

为提高多旋翼混合动力无人机的运行稳定性、输出动力性和能量利用率,利用GT-Power和Simulink进行模型联合搭建,对比基于规则的能量管理策略及等效燃油最小消耗能量管理策略(Equivalent consumption minimization strategy,ECMS),设计开发了基于BP(Back propagation)神经网络优化的自适应ECMS(Adaptive-ECMS,A-ECMS)。仿真研究表明:A-ECMS在运行稳定性上,整体工况转速波动率为7.74%,较基于规则策略和ECMS都有明显降低;A-ECMS在复合扰动下和随机紊流下转速波动率分别为8.32%、7.18%,与基于规则策略和ECMS相比在突发工况下运行更为稳定。A-ECMS能有效提高混合动力系统动力性能,使发动机处于经济工况10 kW;可根据荷电状态(State of charge,SOC)变化实时对电池功率进行调整。A-ECMS平均燃油消耗率为297.585 g/(kW⋅h),整体燃油消耗量为3755.31 g,与基于规则策略和ECMS相比明显较低,在各工况下运行时发动机工况点集中于燃油经济区,有效提高了系统经济性。