Initial Rotor Position Detection of 12/10 Flux-switching Permanent Magnet Motors

电机转子初始位置检测的精度直接决定其启动运行时的性能。针对12/10极永磁磁通切换型电机,在验证其凸极性的基础上,采用注入脉振高频信号实现转子初始位置估计。通过对传统高频脉振正弦电压信号注入的分析,研究了基于高频方波或三角波的注入方法,再利用电流差值调制或直接信号调制方法得到位置误差信号,同时根据磁路的饱和效应,通过对d轴电流过零点时间差值的累加,实现了磁极方向辨识。分析了位置误差信号的系数与初始位置检测收敛性的关系。通过实验验证了所提方法的正确性和可行性。

基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断研究

该文提出一种基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断方法。首先,建立电机的d轴等效磁路模型,分析均匀退磁故障后径向气隙磁密的变化规律;然后,获取电机的径向气隙磁密和定子电流信号,对各极下径向气隙磁密幅值进行归一化处理,并绘制雷达图,根据雷达图和比较相同定子电流幅值下健康电机和故障电机的各极下径向气隙磁密幅值的平均值,来诊断均匀退磁故障;利用空载各极下径向气隙磁密幅值的平均值计算故障程度。最后,仿真和实验结果均验证所提均匀退磁故障诊断方法的有效性。

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦,且各相之间相互解耦,易于实现模块化和多相化,因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先,该文基于磁场调制原理,对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算,得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量,在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算,得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响;然后,考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题,揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响,并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力,定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响;最后,为避免共振,利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析,结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低,不会引起初级的共振,适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

宽转子无轴承开关磁阻电机的计及磁饱和径向力模型

针对无轴承开关磁阻电机现有的基于无磁饱和假设的数学模型只适用于未磁饱和工况的缺点,为宽转子单绕组无轴承开关磁阻电机建立了一种可以计及磁饱和影响的全周期径向力数学模型。首先依据该电机的磁场有限元分析结果,基于麦克斯韦应力法求出了径向力关于气隙磁密的表达式;然后对铁心材料的非线性磁化特性进行拟合,再根据该电机的等效磁路计算了计及磁饱和影响的气隙磁密;之后建立了该电机的径向力模型,并在对比分析了边缘气隙磁密和主气隙磁密对径向力的影响后,对所建径向力模型进行简化,以减小计算量和复杂度。最后利用三维有限元分析进行验证,结果表明所建径向力模型对该电机未磁饱和、部分磁饱和以及完全磁饱和工况均适用。计及磁饱和的全周期径向力模型的建立,可以为电机运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论参考。

齿调制作用下转子开槽对永磁电机电磁振动影响

为了研究齿调制作用下转子表面开槽对永磁同步电机电磁振动的影响,以小功率分数槽集中绕组(FSCW)内置永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,通过麦克斯韦应力张量法推导径向电磁力波的频率及空间阶数特征。分析齿调制作用在FSCW-IPMSM中将空间高阶电磁力波调制为低阶电磁力波的过程,并给出转子表面开槽在齿调制作用影响下与电磁振动间的联系。研究表明,转子表面开槽结构的改变会使各次谐波磁场发生变化,进而改变以极数阶电磁力波为代表的高阶电磁力波的幅值。在齿调制作用下,这些高阶电磁力波会被调制为幅值较高的低阶电磁力波,并引起不同幅度的低阶振动。然后建立C型、V型两种不同转子表面开槽结构的10极12槽FSCW-IPMSM电磁及结构有限元分析模型并进行仿真分析。结果表明,极数阶即10阶电磁力波会被调制为2阶并引起2阶振动,且两种不同开槽结构间的电磁振动存在着高达22.1%的差异。最后,在一台10极12槽样机上进行振动实验,验证理论与仿真分析结果。

基于磁热双向耦合的PMSM转子动态偏心研究

针对外转子永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)在制造、装配及使用过程中负载作用引起的动态偏心的影响,以120槽48级PMSM为研究对象,使用一种考虑温度变化对电机材料属性影响并反馈到电磁分析中进行多次迭代计算的磁热双向耦合分析方法,通过建立PMSM磁热双向耦合模型,基于额定工况对模型进行仿真计算,求解并分析了转子动态偏心对PMSM各部分损耗、温升、电磁性能及径向不平衡磁拉力的影响规律。研究表明,随着偏心率的增加,气隙磁密出现不均匀分布,并产生径向不平衡电磁力,其中径向电磁力密度谐波起主要作用的为低次、奇数谐波;磁密变化造成PMSM损耗和温升增加。通过对比表明,磁热双向耦合与单向磁热耦合相比更接近真实数据,具有更高的分析精度和可靠性。

径轴向聚磁型永磁推进电机优化设计与分析

为了进一步实现永磁电机磁负荷和转矩密度的提升,提出了一种径轴向聚磁型永磁推进电机结构,转子永磁体在Halbach径向聚磁结构基础上进一步结合轴向延伸永磁体,实现了永磁磁场的径轴向聚磁。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,利用有限元分析了所提电机结构的电磁性能。首先对比分析了定转子等长结构、定转子不等长(overhang)结构输出性能,并对对称型overhang结构进行了参数化优化,有效提升了电机转矩密度。最后,利用三维有限元模型对比分析了径向overhang和径轴向overhang电机的电磁性能,结果发现径轴向overhang电机空载磁密提升了6%、输出转矩增大了1.3%、转矩脉动减少了0.4%,进一步验证了电机性能的优越性。

基于车用永磁同步电机转子结构的电磁噪声优化仿真分析

针对目标电机低速加速段中存在明显类似“口哨”的高频噪声的问题及电机量产降本原则,将48槽8极峰值功率62 kW的乘用车前驱动电机作为案例进行电磁方案设计。基于设计指标及存在问题设计了定子结构相同内置式转子拓扑结构不同的优化方案,推导计算了两电机方案气隙磁场幅值波形时空分布方程及电磁力表达式,建立了两电机方案有限元模型及电磁-结构声场耦合模型,仿真分析比较两电机气隙磁密及径向电磁力谐波含量。基于仿真结果得到优化方案,在不牺牲电磁性能的前提下削弱了低速段加速过程的0阶6f1径向电磁力,并使磁钢用量从1.474 kg降低到了1.371 kg,实现了降本目的。最后分别制作样机进行实验验证,结果表明优化方案明显削弱了低速段径向振动,降低了24倍频电磁噪声,与仿真结果相吻合。

新型双定子双凸极可变磁通记忆电机设计与性能比较

结合双凸极结构、双定子和混合永磁体的特点,提出了三种新型双定子双凸极可变磁通记忆电机(DS-DSVFMM)。通过采用高矫顽力和低矫顽力两组永磁体,实现了电机的高转矩密度和在线调磁功能。为了充分利用电机的内部空间,高矫顽力和低矫顽力永磁体以及调磁绕组都被放置在内定子中。建立该电机的简化等效磁路模型,并分析其磁通调节原理和特性;对三种不同结构DS-DSVFMM的调磁能力、负载转矩和抗退磁性能进行了研究和比较。对T形DS-DSVFMM进行加工和测试,并通过实验验证了该电机结构及其有限元分析的正确性。

基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。

聚磁式转子轴向磁齿轮复合电机的有限元分析

在系统介绍轴向磁齿轮复合电机基本工作原理的基础上,提出了一种具有聚磁式转子的轴向磁齿轮复合电机。采用有限元分析方法对复合电机的电磁性能进行了三维数值仿真分析,验证了电机结构的合理性,并详细分析了聚磁式转子结构参数对电机输出转矩与轴向磁拉力的影响,得出转子参数对转子两侧圆周和轴向磁拉力的影响相似,为后续的试验研究提供了理论参考。

双风冷外转子永磁同步电机不同动密封结构的传热特性

为加强基于定转子双风冷外转子永磁同步电机内部小间隙处密封性的同时保障间隙的散热性,在考虑旋转因素下,利用计算流体力学的方法对电机小间隙处不同迷宫密封结构在不同工况下的流场和传热特性进行数值模拟,通过对间隙处压力、速度的分析,探讨上下间隙处不同迷宫密封结构对电机整体密封性能以及定子侧壁面散热性的影响,并使用泄漏量和努塞尔数作为评价因子对其密封性能和散热性进行评估。结果表明:轴流风扇工况为吸风时更有利于提升电机密封性并同时保障间隙处散热性;在上下定转子间隙处添加迷宫密封的方式可以有效提高电机在双风冷系统下的密封性,且上下间隙处密封结构的压降总和越大,泄漏量越小;间隙处定子侧壁面的平均努塞尔数因迷宫密封的添加会有所下降,并且当来流温度低于壁温时其下降程度随密封结构阻流效果的增大而增大,高于壁温时随密封结构阻流效果、凹槽漩涡强度的减小而增大;相较于无密封结构,定子侧双凹槽结构在提高电机整体密封性的同时有效保障了间隙的散热性,研究结果为外转子永磁同步电机内部间隙处密封和散热结构的设计提供了参考。

一种船舶推进的双定子单转子场调制超导电机

双定子单转子永磁同步电动机存在转矩脉动大、反电势谐波含量丰富的缺点。为了提高电机的电磁性能,提出了一种船舶推进的双定子单转子场调制超导电机。该模型将超导材料代替调磁环中的环氧树脂,且在外定子开辅助槽。利用遗传算法对电机的关键参数进行优化。与传统模型相比,提出模型的输出转矩提高了4.36%,转矩脉动降低了5.12%。

Cogging Torque Reduction in Axial Flux PMSM with Different Permanent Magnet Combination

With the increasing requirement for the mechanical vibration and acoustic noise of the permanent magnet synchronous motor(PMSM)drive system,the demand for cogging torque reduction of PMSM has been considerably increased.To solve the problem of oversized cogging torque of axial flux PMSM,a rotor topology with hybrid permanent magnet is proposed to weaken the cogging torque.Firstly,the expression of the cogging torque of the axial flux motor is derived,and the influence of the pole-arc ratio of the permanent magnet on the cogging torque is analyzed.Secondly,the rotor structure with hybrid permanent magnet is adopted to reduce the cogging torque.According to the analytical analysis,the constraints of the size and pole-arc ratio between the hybrid permanent magnets are obtained,and the two permanent magnets related to the minimum cogging torque are determined.And the analysis results are verified by the finite element simulation.Furthermore,the motor performance with and without the hybrid permanent magnet is compared with each other.Finally,the cogging torque is significantly reduced by adopting a rotor structure with hybrid permanent magnets.

基于转子磁链观测器的五相容错PMSM开路故障下的无位置传感器控制

五相容错永磁同步电机(PMSM)开路故障模型的不对称性,影响了其无位置运行性能。该文提出一种基于转子磁链观测器的无位置控制策略。首先,该策略在容错模型基础上,构建基于指数趋近律的滑模观测器(SMO)以获取反电动势信号;其次,为抑制所观测反电动势中直流偏置、低频和高频谐波对转子位置观测精度的影响,设计一种改进型二阶广义积分器(ISOGI),并将其和SMO级联构成转子磁链观测器;然后,采用锁相环技术从转子磁链中提取转子位置信息;最后,将该转子磁链观测器和容错控制策略相结合。实验结果表明,该策略提高了转子位置观测精度,实现了PMSM开路故障下的无位置高性能运行。

基于定转子齿开槽的开关磁阻电机振动噪声抑制

振动噪声的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。根据麦克斯韦张量法理论分析了径向磁拉力减小的原理,通过在定子齿顶、转子齿两侧同时开矩形槽,增大了定转子间气隙长度的同时又将一部分沿径向方向的磁通密度改变为切向方向,减小了径向磁拉力,达到抑制电磁振动的目的。利用参数化扫描的方法,对开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,得出开槽尺寸,并对比分析开槽前后电机的径向磁拉力。运用Ansys Workbench模块分别对定转子齿开槽前后的电机定子进行模态、谐响应以及噪声分析,得到其模态固有频率、模态参与因子、振动响应频率以及声压频谱。分析结果表明:该方法有效减小了开关磁阻电机的径向磁拉力,改善了开关磁阻电机的振动和噪声。

并轴式双转子永磁同步电机齿槽转矩分析

为有效分析和削弱并轴式双转子永磁同步电机的齿槽转矩,首先给出并轴式双转子永磁同步电机并接区气隙尺寸确定的一般原则,其次在计及并接区特殊结构参数的情况下给出各部分等效磁导的计算公式,进而建立并轴式双转子永磁同步电机等效磁网络模型,并通过能量差分法建立该电机齿槽转矩的解析表达式,然后以一台双8极54槽并轴式双转子永磁同步电机为例,建立其2D有限元计算模型,综合分析电机并接区气隙、永磁体、槽口宽度等不同结构的尺寸参数对齿槽转矩的影响,得到削弱并轴式双转子永磁同步电机齿槽转矩的有效方法,最后使用田口法以电机齿槽转矩为优化目标,以并接区气隙尺寸、永磁体尺寸、定子槽口宽度等不同参数作为优化变量进行优化分析,有效提高电机的性能。

变频驱动下双斜槽转子感应电机径向电磁力特性分析

针对变频驱动下双斜槽转子感应电机振动性能研究的不足,对变频驱动下双斜槽转子感应电机的径向电磁力展开研究。首先从变频器的输出谐波特性出发,采用解析法分析了气隙磁通密度成分,并通过分析各个磁通密度谐波的相互作用得到了径向电磁力的幅值、阶次、频率的表达式。然后采用分层有限元法结合二维快速傅里叶分解,得到了平均径向电磁力的时空分布频谱。通过不同供电方式与不同转子结构下气隙径向电磁力的对比,发现双斜槽转子结构能够有效地削弱由变频供电引入的部分高频附加径向电磁力。最后通过实验对比不同供电方式下电动叉车用双斜槽转子感应电机机壳表面的振动频谱,进而验证分析的正确性。

电动车用非对称双盘永磁同步电机全速域驱动控制策略

针对现有电动汽车存在的高低速区域性能不能兼顾的现状与综合工况效率不高等问题,基于非对称双定子单转子双盘永磁同步电机系统,分析在驱动与弱磁全速域工况下电机效率模型,建立双盘非对称永磁同步电机损耗数学模型,提出基于模拟退火算法的驱动与弱磁全速工况下的转矩协同优化分配策略以拓宽电机综合工况下的高效率区间,提出基于反步控制方法设计转速与电流控制器以提高中低速驱动及高速弱磁下的系统动态特性。通过仿真和实验验证所提方法能够拓宽电驱动系统高效区间、提升系统动态响应与稳态跟踪性能、延长电动车续航里程等特点。

不平衡负载工况下双轴永磁同步电机特性分析

双轴永磁同步电机具有结构简单、高效率的特点.电机在不平衡负载条件下,两个转子位置会发生变化,此时电机的反电势也会因两转子磁场的共同作用而发生畸变,从而影响电机平稳运行.针对这一问题,建立了电机的仿真模型,利用三维有限元分析方法进行分析,仿真了电机两个转子在不同角度位置时的反电势特性和不平衡负载下的扭矩特性等瞬态电磁特性.在仿真的基础上,利用样机对仿真结果进行了实验测试.有限元分析和实验测试结果均表明:电机在不平衡条件下,电机的反电势的确会发生畸变,这为快速选择合适的控制策略及提高电机整体性能提供了依据.