双凸极永磁双转子电机优化设计与电磁特性分析

混合动力汽车(hybrid electric vehicles,HEVs)用新型双凸极永磁双转子电机(double-salient permanent-magnet double-rotor motor,DSPM-DRM)具有两个转子和两层气隙的特殊结构。针对该复杂电机结构,为获得低输出转矩波动和高转矩密度,提出了DSPM-DRM的一种优化设计方法,推导DSPM-DRM的电机尺寸公式,得到初始设计尺寸,建立了DSPM-DRM的参数化模型。以减小输出转矩波动和提高转矩密度为目标,选择气隙和永磁体充磁宽度、极弧等关键尺寸参数作为优化变量,采用遗传控制算法(genetic algorithm,GA)优化调整电机尺寸,设计并制造了一台额定功率为2 kW的实验样机。基于二维有限元法对DSPM-DRM的反电动势、永磁磁链、气隙磁密、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,所得结论可以为该电机在HEVs动力混合装置中的应用提供参考。

基于非线性自适应集总参数磁路法的双凸极永磁双转子电机的分析与验证

为了快速分析和计算双凸极永磁双转子电机(DSPM-DRM)的磁场和性能,提出将非线性自适应集总参数磁路法(NALPAMC)应用于DSPM-DRM的分析。该方法的分析计算包括:变结构的气隙磁导和导磁材料磁导的确定、磁导矩阵方程的建立和求解方程时对B-H曲线的差值处理,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机的磁链、反电动势和气隙磁密等电机电磁性能。该模型考虑了电机的局部饱和、材料非线性和复杂磁场关系的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了提出方法的准确性和有效性。

双并列转子永磁直驱电机转子不平衡力分析与优化

双并列转子永磁直驱电机受轴间距限制,设计时会切掉部分定子铁心和绕组,造成转子电磁力不平衡。为最大限度地抑制转子所受的不平衡电磁力,该文从双并列转子结构出发,分析了电机绕组电感参数不对称的原因,提出通过合理设计线圈跨距和分布平衡三相电感。在此基础上,构建转子所受总电磁力的数学模型,理论分析各个分力的来源及影响因素,研究各个分力对转子所受总电磁力的影响,提出了优化占空角、优化耦合间距、采用定子端部不对称结构、采用转子偏心结构和切除部分单元电机五种优化方法,实现对转子所受电磁力的优化,探讨了不同方法的优化效果,以及其对转矩脉动的影响,总结了不同优化方法的优缺点。

螺杆机用并轴双转子永磁电机齿槽力矩机理分析与抑制

针对并轴双转子永磁电机过大的齿槽力矩以及转矩脉动大等电磁问题,采用传统单个槽齿槽转矩理论以及双转子电机边端力矩波动理论进行分析,计算了并轴双转子电机齿槽力矩的特殊组成成分以及其各部分转矩的谐波阶次。分析改变磁极偏心距和转子斜极对电机齿槽力矩和转矩特性的影响。采用响应面法构建电机的多目标优化模型,通过改变永磁体偏心距和斜极块数来约束电机的优化变量,并采取约束关系以及优化目标求解出最优转子结构参数。构建有限元模型,验证齿槽力矩理论的正确性。对比采用最优转子结构参数下电机的电磁性能与优化前电机的电磁性能,优化后电机的齿槽力矩、转矩脉动等电磁性能进一步提升,验证了采用磁极偏心和转子斜极复合结构的有效性。

新型定转子齿混合励磁双凸极电机转矩特性研究

为增大混合励磁双凸极电机的电磁转矩并减少转矩脉动,本文分析混合励磁双凸极电机电磁转矩产生机理。为有效利用磁阻转矩,对电机的定、转子齿分别进行开槽设计,使电机自感曲线分布发生变化,有效削弱负向磁阻转矩,减少磁阻转矩,增大平均转矩。对通场路耦合进行仿真验证,结果表明定转子开槽可在不增加转矩脉动的情况下提升转矩输出能力。

考虑电感变化的双三相槽口永磁型混合励磁双凸极电机铜耗监督控制

提出了一种新型双三相槽口永磁型混合励磁双凸极发电机,建立了该电机的矢量空间解耦数学模型,分析了不同工况下电机的电感特性,并提出了一种考虑电感变化的发电稳压铜耗监督控制策略。该策略建立了以最小铜耗为目标,以转矩、电流和电压为约束的非线性规划模型。首先,查找电感响应面,获得电机在当前工况下的实时电感参数;其次,将实时电感代入模型作二次优化,得到适用于电机当前工况的d轴、q轴优化电流及励磁优化电流,在实现系统稳压发电的同时有效减少铜耗;最后,通过Ansys和Simulink的联合仿真,验证所提控制策略的正确性和有效性。

新型双转子双定子永磁同步发电机的磁场及耦合效应分析

为了解决目前海上风力发电机存在的成本高、体积大等问题,提出一种新型双转子双定子永磁同步发电机(DRDS-PMSG).建立了发电机的等效磁路模型,采用有限元分析方法评估了发电机的电磁特性及内外电机的耦合效应,部分仿真结果得到了实验验证.仿真结果表明:随着内、外永磁体相对位置的改变,电机等效磁路存在3种典型情况,并可通过耦合系数对耦合区域的等效磁阻进行描述;内、外电机的耦合效应体现在齿槽转矩、电磁转矩等电磁特性上,内、外电机的齿槽转矩峰峰值分别为0.52和1.64 kN·m,电磁转矩平均值分别为11.65和27.09 kN·m,转矩脉动分别为6.02%和4.12%;总体来看,内、外电机之间存在一定程度的耦合,但该耦合效应被隔磁环有效削弱.

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。

真空泵用反凸极永磁同步电机设计与性能分析

针对真空泵用驱动电机运行过程中存在转子温度高、散热难的问题,根据真空泵驱动工况的实际要求,设计了一台反凸极永磁同步电机和一台常规永磁同步电机。首先,利用有限元软件,分析了转子磁障尺寸对电机转矩的影响以及磁障层数对电感的影响,从而得出了转子磁障尺寸和磁障层数的合适值;其次,对两台电机的气隙磁密波形、空载反电动势和损耗等电磁性能进行了对比分析;最后,通过仿真对比分析了两台电机的温度场以及两者转子和转轴处的温升。结果表明,相比于常规永磁同步电机,反凸极永磁同步电机的转矩性能更好、转子损耗和转子温升更小,为新产品研发提供了科学的参考依据。

船舶双三相永磁同步电机高频注入算法研究

传统高频信号注入法只适用于具有凸极特性的永磁同步电机,并且在位置估计和电流反馈环节引入多个滤波器,造成位置估计和电流响应延迟,降低了系统的动态性能。针对凸极特性不明显的表贴式双三相永磁同步电机,在低速阶段提出一种基于高频方波电压注入法的无位置传感器控制策略,将高频注入周期和磁场定向控制周期分离,高频注入周期内直接在两相静止轴系采样高频响应电流进行转子位置估计,且位置估计和电流反馈环节均未使用滤波器。通过理论分析和仿真验证了该控制策略的有效性。

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。

双凸极永磁电机斜极转子设计和绕组换流模式研究

本文首先分析了双凸极永磁电机转子极弧宽度对自定位转矩的影响,提出了双凸极永磁电机等极弧半极宽斜极转子的设计思想;在此基础上,通过对绕组磁链的分析,率先将六状态换流模式引入到双凸极永磁电机的控制系统中,改善了双凸极永磁电机的换流特性,有效减小了转矩脉动,同时简化了系统控制参数,提高了控制的可靠性。数字仿真和试验结果验证了这些设计思想的正确性。

新型直接驱动外转子双凸极永磁风力发电机

提出了直接驱动外转子双凸极永磁风力发电机方案,对双凸极永磁(DSPM)风力发电机进行了设计和有限元分析。为减小发电机尺寸和重量,采用了外转子结构。由功率方程推导得出发电机主要结构尺寸,给出了铁心直径、轴向长度、永磁体尺寸、绕组匝数等主要设计参数的选取原则与方法,并设计了一台24/16极20kW外转子DSPM风力发电机,运用有限元方法分析了发电机特性。分析结果验证了设计方法的有效性和设计方案的正确性。

定子不对称极混合励磁双凸极电机改进型非线性变磁网络模型构建方法研究

因低速大转矩、宽调速范围等优点,定子不对称极混合励磁双凸极电机(hybrid excitation asymmetric stator pole double salient machine,HEASPDSM)近年来受到业界人士的关注。然而,因HEASPDSM定子极间隔角度不等、依靠谐波工作等特点,传统的有限元法和变磁网络模型法很难快速、准确地计算出电机的关键参数及性能指标。为解决该问题,该文提出一种非线性变磁网络模型法,可便捷地计算出HEASPDSM定转子间的互磁导,进而对不同工况下的电机参数及特性进行深入分析。大量仿真和实验及对比分析表明:该方法较好地兼顾了有限元法的准确性、通用性和变磁网络模型法的快速性,可迅速准确地计算出不同工况下HEASPDSM的各种性能参数,为其后续的优化设计及应用拓展奠定了基础。

定子永磁型双凸极电机转子设计

双凸极永磁电机转子结构简单,其参数变化对电机的运行性能影响很大。通过有限元计算和仿真,分析了转子极弧宽度和斜槽角度对电机磁链、反电势及电感等静态特性的影响。样机测试结果验证了理论分析的正确性。

双定子同极内嵌永磁游标电机转子永磁体极弧系数优化

进一步对双定子同极内嵌永磁游标电机(DS-CP-PMVM)进行讨论,旨在优化同极内嵌永磁转子结构,以保证转子永磁体用量减少的情况下,不降低电机的转矩能力。分析了DS-CP-PMVM的磁力线分布,提出当转子内外侧永磁体中心轴线夹角与内外定子A相轴线夹角相同时,转矩能力最优;讨论了永磁体极弧系数对转矩的影响,当转子内外侧永磁体极弧系数分别为0.62和0.66时,输出转矩最大,与相同永磁体厚度的表贴式结构相比,在定子电流为6 A时,转矩提高了6.4%。

外转子双凸极永磁电机电枢磁场对绕组电感特性的影响

根据电动汽车对驱动电机性能要求,结合双凸极电机的特点,提出一种外转子结构的双凸极永磁电动机。分别对电机空载、负载以及电枢磁场单独作用3种情况下进行了有限元分析,得出在1个永磁磁链周期内不同转子位置角和不同电枢电流作用下的磁场分布图以及静态参数特性曲线。从场的角度分析和说明了电枢磁场对绕组电感特性的影响,电机的静态参数也为该电机进一步的仿真分析提供了依据。

外转子双凸极永磁电机结构尺寸对性能的影响

外转子双凸极永磁电机的绕组所匝链的磁链、绕组自感以及气隙磁密分布等静态特性是电机性能分析、设计的基础。它决定了电机的稳态特性。而电机的稳态特性与电机结构有着密切相关的联系。该文在有限元方法的基础上分析了不同气隙和转子极弧参数对电机静态、稳态特性的影响。为该类电机的设计和进一步研究提供了依据。

外转子双凸极永磁电机功率变换器设计

介绍了旨在用于电动汽车的一种外转子结构的双凸极永磁电机,说明了电机功率变换器功率元器件的选择,IGBT-IPM的电路拓扑和功能结构;重点论述了应用外围电路的设计方案,并给出了DSP控制IPM的方法。

外转子双凸极永磁电机性能研究

针对12/8极外转子双凸极永磁电机,采用二维平面对电机进行Delaunay剖分,然后用有限元法对电机内磁场进行计算,研究了电机磁场分布,气隙磁密等电机静态特性。用磁共能方法算出各转子角度时的电磁转矩后,得到了电磁转矩。