凸极式永磁无刷直流电机无位置传感型瞬时转矩观测

电磁转矩的准确观测是实现永磁无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)直接转矩控制(direct torquecontrol,DTC)的关键。另外,有些BLDCM还具有一定的凸极现象,增加了电磁转矩观测的难度。为此,该文针对凸极式BLDCM-DTC驱动提出一种无位置传感器型电磁转矩观测器。该观测器利用BLDCM定子电流状态方程构建一个转子反电动势自适应的定子电流观测器,利用自适应机制推导出转子反电动势辨识值;根据辨识的转子反电动势,采用锁相环输出平稳的转子位置角观测值;基于该观测角,计算出电磁转矩,实现凸极式BLDCM-DTC系统平稳运行。实验结果表明,所提观测器观测的电磁转矩与实际值非常接近;无位置传感器DTC系统动态响应迅速,稳态运行平稳,最低运行转速可达33 r/min。

凸极式永磁无刷直流电机直接转矩控制研究

提出并分析研究了一种凸极式永磁无刷直流电机定子磁链幅值不控型直接转矩控制策略。结合凸极式永磁无刷直流电机及其两相导通工作特点,全面建立起两相导通时电压矢量对电磁转矩控制理论。采用转矩单环控制,根据转矩滞环比较输出和定子磁链位置给出所施加的电压矢量,实现转矩的快速控制。推导出两相静止坐标系下电磁转矩计算模型,并针对实际无刷电机转子反电势既非理想梯形波,又非正弦波的情况,提出采用查表方式获得转矩观测所必需的转子反电势和转子磁链方法。实验结果表明,所提控制方案具有快速的动态响应和良好的稳态性能。

两相导通型凸极式永磁无刷直流电机DTC中换相区间转矩跌落抑制策略

两相导通空间矢量调制型直接转矩控制SVM-DTC(space vector modulation-direct torque control)可以有效抑制永磁无刷直流电机BLDCM(brushless DC motor)非换相期间转矩脉动及换相期间的转矩增长现象,但却不能抑制换相期间的转矩跌落现象。为此,对凸极式BLDCM SVM-DTC方法中换相区间转矩脉动进行了分析,提出一种抑制高速区换相区间转矩跌落新方法。根据转矩跌落的大小,调节关断相功率管的占空比,以达到抑制非换流相电流跌落和抑制转矩脉动的目的。实验结果验证了所提转矩跌落抑制控制策略的有效性。

车用微型永磁直流电机的齿槽转矩优化

过大的齿槽转矩会造成电机转矩波动、产生噪音和振动,是永磁电机高精度高性能优化设计的关键因素。研究中以某4槽10极汽车座椅永磁有刷直流电机为例,通过建立电机相应的电磁场模型以及理论分析,探究了电磁力、永磁体的极弧系数和偏心距参数对电机振动的影响,提出了减小齿槽转矩的电机结构综合优化方案。通过Ansoft Maxwell电磁仿真与实验测试,验证了所设计方案的有效性;与原设计相比,优化结构后的电机,齿槽转矩降低了85.95%,振动减小了80%,噪音减小了11%。

车用轮毂式永磁无刷直流电动机的设计

对轮毂式永磁无刷直流电机的拓扑结构和运行原理进行了研究,给出了一种分数槽电机选取极数和槽数配合减小自定位转矩的一般方法;为进一步提高电机内部空间利用率和电机效率,提出了一种双层短距的绕组连接方式。其次,对二维场路耦合时步有限元法理论进行了阐述,并使用该方法对样机进行了分析,给出了计算仿真结果。最后,通过试验验证了对样机的设计和分析。

永磁无刷直流电机噪声分析

与传统异步电动机相比,永磁无刷直流电机不仅具有高功率因数,较大起动转矩,可靠的运行能力,而且具有控制方式简单,调速性能平滑特点。但是,随着国际市场打开,我国电机产品不能进入国际市场原因之一,就是噪声指标不符合国际要求,因此,加强电机振动与噪声研究已成为当下研究迫切需要,现以永磁无刷直流电机为例,对国内外该电机研究现状进行调查,通过对电机电磁噪声进行解析计算和有限元分析,对比分析极槽配合、极弧因素、永磁体以及定子槽尺寸等因素,得出影响永磁无刷直流电机噪声控制方法。

极弧系数对小功率永磁无刷直流电机性能影响的分析

随着永磁材料价格上涨,电机设计中控制永磁材料的使用量、降低成本是永磁无刷直流电机的研究重点之一,以500W永磁无刷直流电动机为例,利用电磁场分析软件,对电机内电磁分布和输出性能进行计算,并研究永磁体不同圆周方向长度(改变极弧系数)情况下电机性能的变化,为此类电机的优化设计和成本控制提供参考。

永磁式无刷直流电动机调速性能分析与优化

介绍了ＰＷＭ电压型逆变器供电的无刷直流电动机方案，永磁式同步电动机的基本方程；ＰＷＭ电压型逆变器输出电压公式；无刷直流电动机的电流和转矩；电动机的机械特性和效率特性；用单片机实现的无刷直流电动机特性的优化控制。

极弧系数对永磁无刷直流电机齿槽转矩影响的研究

基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,给出了能明确表达齿槽转矩与设计参数关系的齿槽转矩解析表达式,据此研究了极弧系数对齿槽转矩的影响,得到了极弧系数对齿槽转矩影响的规律,最后利用有限元法对此规律的正确性进行了验证。

凸极式无刷直流电机全速段复合矢量控制策略

针对非理想正弦型气隙磁密的凸极式(IPM-Type)永磁无刷直流电机(BLDCM),在传统方波电流控制下难以实现全速度范围的最大转矩比(MTPA)控制及换相转矩脉动抑制,提出一种基于机电能量转换理论和转子同步运动相结合,并考虑复杂参数项的复合矢量控制策略,可以直接提取并控制电机定子电流的转矩分量来同时实现这2个控制目标。首先,在不同转速区间选择近似或实际MTPA模式控制电机。其次,考虑到实际运行过程中电机参数容易随着复杂工况而变化,采用简化的可变参数等效辨识及最优分配方案完成矢量控制。所提策略不仅可以使电机在任意速度区间匹配到最优电流参考点,而且提高了闭环动态响应。实验结果验证了方案的有效性和可行性。

新型并列式混合励磁无刷直流电机结构原理及其磁场调节特性

基于永磁同步电机和电励磁双凸极电机的有机组合,提出一种并列式混合励磁无刷直流电机。给出永磁同步电机和电励磁双凸极电机的定转子槽极数匹配原则,讨论了直接串联方式下的电枢绕组结构形式,包括一种具有容错能力的定子结构和绕组连接方式。利用二维有限元法分析两类电机基本运行特性,并进一步对整个并列式混合励磁无刷直流电机进行了三维有限元瞬态场分析。研究结果表明,该并列式混合励磁电机实现了两类不同原理无刷电机的高效并列运行,结构简单可靠,气隙磁场易于双向调节,对于永磁电机部分内部绕组故障短路可以有效灭磁,在飞机电源起动发电等场合有重要应用价值。

极靴参数对永磁无刷直流电机径向磁密的影响

针对永磁无刷直流电机难以产生理想矩形波的空载径向气隙磁密,以及不规则永磁钢的生产易造成材料浪费等问题,设计出一种在传统矩形永磁钢表面加装凹圆弧极靴的方法。推导出加装极靴后的空载径向气隙磁密解析表达式,分析影响因素,并以优化径向磁密波形矩形化为目标,利用有限元分析软件,研究极靴影响参数对18极54槽外转子永磁无刷直流电机径向磁密波形以及空载漏磁系数的影响规律,得到最优参数匹配。仿真结果表明,凹圆弧极靴能够有效提高空载径向气隙磁密波形矩形化程度,改善电机输出性能。

飞轮储能用高速永磁无刷直流电机的设计

基于高效率,减少转矩脉动的设计要求,对电机的设计特点进行了研究,设计出4极6槽结构,1.6k W,35000rpm的飞轮储能用高速永磁无刷直流电机的模型。利用Ansoft电磁场仿真软件RMxprt模块初步确立电机模型,进行基本参数和特性曲线的确定。然后,利用Maxwell 2D模块分别对其磁场分布、额定空载和负载进行有限元分析。结果表明,此电机结构设计合理,具有很强的实用性,为飞轮储能用高速永磁无刷直流电机的进一步分析和基于算法的优化提供了更加可靠的性能参数。

一种消除直线永磁无刷直流电机边端效应对换相时机影响的方法

电磁弹射用直线永磁无刷直流电机的永磁体动子具有开断结构,使动子边端的磁场分布发生变形。当采用霍尔元件检测磁场实现换相时,这种边端效应就会影响换相时机。分析了这类电机的换相机理和动子开断结构对换相时机的影响,指出这类边端效应受极弧系数影响显著,并提出了利用不对称滞环比较器或简易单限比较器对霍尔输出信号进行处理从而消除这类边端效应影响的方法,实验验证了简易单限比较器方案的可行性。

考虑永磁磁链谐波影响的直线永磁无刷直流电机矢量控制方法

针对直线永磁无刷直流电机(linear permanent magnet brushless DC motor,LPMBDCM)电磁力纹波及齿槽力影响的最小化控制,该文根据推导得到的表示为电流矢量及永磁磁链导数矢量点积形式的电机推力方程,得出了任意反电动势(back-electromotive force,BEMF)波形表面式永磁(surface-mounted permanent magnet,SPM)电机的矢量控制原理:定向控制电流矢量于永磁磁链导数矢量方向,通过控制电流矢量长度可获得最大效率线性推力(或转矩)控制。考虑永磁磁链谐波对永磁磁链导数矢量幅值及相位的影响,通过引入d′q′轴坐标系,提出一种id′=0的非正弦波BEMF SPM电机矢量控制新方法,结合齿槽前馈补偿可以实现非正弦BEMF SPM电机的最小推力纹波最大效率控制。建立了基于有限元的LPMBDCM精确相变量模型,对比脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电流控制、id′=0矢量控制的仿真效果,验证了该文方法的有效性。id′=0矢量控制为非正弦波BEMF SPM电机提供了一种高性能控制新方法。

一种高效轮毂式永磁无刷直流电动机的设计

根据电动汽车驱动电机的特点,为满足电动汽车的低速爬坡和启动加速能力的要求,提高电动汽车的一次充电续行里程,提出了一种应用绕组换接的方法,结合小功率外转子永磁无刷直流电动机实例,设计了一台电动汽车用高效轮毂式永磁无刷直流电动机,并通过试验验证和分析了其方法应用在电动汽车上的可行性和正确性。

对转式永磁无刷直流电机无位置检测控制策略研究

研究对转式永磁无刷直流电机基于反电势过零点的无位置传感器控制策略,通过理论推导和实验验证该策略能够运用于对转式永磁无刷直流电机。针对静止状态下启动困难问题,基于d轴正向增磁、反向去磁导致铁芯饱和程度不同而产生电感差异及q轴到d轴之间电感差异的原理,提出了一种通过施加6个短时电压脉冲即可判断磁极转子初始位置的检测方法,以及施加2个短时导通相电压脉冲获得换相时刻的启动加速方法,并进行实验验证。结果表明:基于电感差异原理提出的磁极转子初始位置检测和启动方法能够有效解决启动困难问题,扩大了对转式永磁无刷直流电机的运用范围,提高对转式永磁无刷直流电机无位置检测控制性能。

奇偶数槽对永磁无刷直流电机性能的影响

介绍了永磁无刷直流电机设计过程中绕组形式的确定,并利用Maxwell 2D有限元软件建立电机模型进行处理,从而集中分析了电枢奇偶数槽Z的不同对永磁无刷直流电机性能的影响。结果表明,Z为奇数的Z/p会产生不平衡径向磁拉力,不利于电机的整体性能。

双凸极无刷直流电动机机械特性研究

分析了双凸极电动机的转矩构成和绕组电流变化规律以及机械特性。结合永磁双凸极电动机和混合励磁双凸极电动机样机实验,揭示了不同运行条件下的机械特性,验证了文中分析及结论的正确性,为双凸极电动机的分析设计提供了理论依据。

采用三次谐波积分法的AUV无传感器永磁无刷直流电机起动方法

为降低电机制造成本,简化电机结构,实现自主式水下航行器(AUV)的稀土永磁无刷直流电机(BLDCM)无位置传感器控制,该文分析了BLDCM应用于AUV的特点,介绍了三次谐波积分法的工作原理及获取方法。通过测量电机的三相电压来确定逆变器功率管是否导通和导通顺序;通过三次谐波积分信号和直流电压计算转速,确定逆变器初始起动占空比和功率管换相时刻。仿真结果表明,采用该起动方法的三次谐波积分控制可以满足AUV永磁无刷直流电机的无传感器控制。