宽转子极无轴承开关磁阻电机径向力模型全周期拓展

针对单绕组宽转子极无轴承开关磁阻电机在定转子极非完全交叠区间的径向悬浮力模型空白、已有定转子极完全交叠区间径向悬浮力模型推导过程复杂且计算量大的不足,首先通过磁场有限元分析,分别确定了该电机在定转子非完全交叠区间和完全交叠区间的电磁场几何分布,计算了气隙磁密,再根据麦克斯韦应力法分别推导了这2个区间的径向力表达式,从而建立该电机在一个完整周期范围内的径向力数学模型,并通过与三维有限元计算结果的对比验证该模型的准确性。相比于利用等效磁路图推导径向力模型而言,该建模过程更简便,计算量也更小。全周期径向力模型的建立,不仅能为电机本体和控制器设计提供理论参考,还有助于提高该电机控制策略设计的灵活性,也可以提高与传统单绕组无轴承电机控制器的通用性。

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。

宽转子齿无轴承开关磁阻电机开路故障容错控制研究

针对宽转子齿无轴承开关磁阻电机在发生开路故障时无法正常运行,提出了一种基于直接瞬时转矩和直接悬浮力控制(DITC&DFC)的开路故障容错控制策略,在检测到绕组发生开路故障后,利用其它相绕组来为故障相提供悬浮力,保证电机即使发生故障也能稳定悬浮运行。分析了该容错控制策略的工作原理,在此基础上,构建了12/8极单绕组宽转子齿无轴承开关磁阻电机驱动系统,通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了该控制策略的有效性。

一种定子单绕组无轴承开关磁阻电机的转子位移控制方法

提出了一种用于定子单绕组无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BLSRM)的转子位移控制方法。首先介绍了定子单绕组无轴承开关磁阻电机的基本结构和工作原理,基于等效磁路法建立悬浮力和刚度的数学模型。其次,建立了转子动力学模型以获取悬浮力与转子位移间的关系模型。最后,设计了一台实验样机并在电机上进行悬浮控制实验。实验结果验证了所提控制方法的有效性。

基于新型转子结构的开关磁阻电机转矩脉动分析与优化

为抑制开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)转矩脉动,提出了一种耳形转子结构,以一台1500 r/min、7.5 kW的8/6极开关磁阻电机为例,通过建立有限元模型,对新型结构进行了验证与优化。结果表明,所提出的新型耳形结构能够有效抑制转矩脉动,同时对电机平均转矩影响较小。该新型转子结构和转矩脉动分析结果,可供开关磁阻电机结构优化参考,从而提升电机电磁性能并抑振降噪。

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。

两种转子结构无轴承开关磁阻电机的转矩脉动研究

由于磁阻性的转矩和开关电源的供电方式,较大转矩脉动成为开关磁阻电机较为突出的缺点,这也成为阻碍开关磁阻电机推广应用的一大障碍,无轴承开关磁阻电机作为一种特殊的开关磁阻电机同样存在转矩脉动大的问题。文章从电机转子结构的角度出发,研究了传统转子结构和宽转子结构的无轴承开关磁阻电机转矩脉动,为衡量转矩脉动,定义了转矩脉动系数,并在平均转矩相同的情况下,对转矩脉动系数作出定量分析;仿真结果证实了分析的正确性。

无轴承开关磁阻电机转子质量偏心补偿控制

由于机械不平衡原因,无轴承开关磁阻电机存在转子质量偏心的问题,这会导致额外的不平衡径向磁拉力,从而使电机的悬浮精度变差,这也是限制电机高速时转速进一步提升的重要因素。分析转子质量偏心对电机悬浮性能的影响,介绍悬浮转子振动控制原理,设计基于最小均方(least-mean-square,LMS)算法的自适应凹陷滤波器,将其加入到无轴承开关磁阻电机(bearingless switched reluctance motor,BSRM)系统中,利用Matlab/Simulink对该振动控制方法进行仿真研究,最后在一台实验样机上进行实验验证。结果表明,基于LMS算法的自适应凹陷滤波器能够在不同的电机转速条件下有效补偿转子的同频振动位移,抑制转子偏心振动,提高转子悬浮精度。

一种四自由度复合结构无轴承开关磁阻电机及绕组优化设计

基于径向磁轴承(radial magnetic bearing,RMB)偏置绕组和开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)电枢绕组的共绕组结构形式,提出一种四自由度复合结构无轴承开关磁阻电机(hybridstructure bearingless switched reluctance motor,HBSRM)。其旋转控制与SRM相同,悬浮控制与磁轴承相似,且旋转和悬浮可独立解耦控制。详述HBSRM结构和原理的基础上,基于等效磁路方法,推导了其悬浮力模型。为消除上述HBSRM的悬浮力不均衡和耦合问题,提出了一种新型绕组结构形式,新结构悬浮力模型和有限元仿真结果均证明了其有效性。给出了新结构绕组的优化设计方法,引入了一个电源压降系数,以考虑RMB部分等效偏置绕组感应电动势导致的SRM部分等效绕组端电压的下降,并给出了各绕组匝数计算公式和优化设计过程,有限元仿真证明了该方法的正确性。

无轴承开关磁阻电机凸极转子封盖优化设计

针对无轴承开关磁阻电机(BSRM)凸极转子封盖优化设计问题,通过划分不同封盖尺寸的BSRM凸极转子网格,采用计算流体动力学(CFD)法求解了相应的3D气隙流场与风摩转矩,结合所求解的不同封盖转子端面对流换热热阻,通过拟合曲线获得了优化的BSRM凸极转子封盖尺寸,实现了降低风摩转矩与端部对流热阻的折衷,在降低风摩损耗的同时提高了转子对流换热性能。

分块开关磁阻电机的研究现状及其新结构构想

分块开关磁阻电机通过分块的定子或转子结构,可获得较短的磁路以减小铁心损耗,圆柱形的转子可缩减风(油)阻,结构和电磁的隔离能增强电机可靠性及容错性。本文对现有的各型分块开关磁阻电机的结构和磁路进行了解析,在此基础上,提出了双极性励磁分块转子开关磁阻电机、环状绕组分块转子开关磁阻电机、C形分块定子开关磁阻电机、E形分块定子开关磁阻电机和混合气隙分块定子开关磁阻电机五种新型结构的分块开关磁阻电机,结合结构示意图和磁路图对其基本工作原理分别进行了阐述,并根据其结构特点和电磁特性分析了其优劣性及可能的应用场合,以期为分块开关磁阻电机的进一步研究与应用提供参考。

无轴承开关磁阻电机拓扑及解耦机理分析

无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)是一个多变量、非线性且强耦合的复杂系统。为提高悬浮精度和发挥电机性能,需提升悬浮电流的跟踪及斩波控制水平,以及实现转矩与悬浮力的解耦控制,发展结构上具有自解耦功能的新型BSRM拓扑是解决该问题的有效手段之一。根据现有BSRM转矩与悬浮力的解耦机理和构造特点,对结构上可解耦的BSRM拓扑进行了归纳与分类,并对每种电机的结构、运行机理及优缺点进行了解析。有别于现有电机结构,分别提出了双凸定子齿BSRM、宽转子齿BSRM、复合结构BSRM、锥形结构BSRM等4类具有自解耦特性的新型拓扑,并衍生出了每类结构下的不同实现形式,从而进一步拓展无轴承电机的悬浮理论与应用范围。结合每类结构自身特点,构建与之相适应的运行模式,以实现旋转和悬浮功能的解耦,从而强化其解耦应用特色。简要分析每种电机转矩和悬浮力在结构上自解耦的机理,并利用有限元仿真验证其可行性。

无轴承开关磁阻电机质量偏心振动补偿

由机械不平衡等原因导致的无轴承开关磁阻电机(BSRM)质量偏心问题,造成额外的不平衡径向磁拉力和转子的径向振动,且振动会传递到定子机壳,产生机械噪声的同时影响电机运行性能,限制转速的进一步提升。分析了转子质量偏心对电机悬浮性能的影响,介绍了BSRM转子振动控制原理,设计基于坐标变换和低通滤波器的补偿控制方法,研究传统模拟PID对补偿方法的影响,对该不平衡补偿方法进行仿真,并在一台实验样机上进行实验验证。结果表明,基于坐标变换和低通滤波器的补偿方法能适应不同转子转速并有效补偿转子的同频振动位移,使得转子围绕惯性轴旋转。

无位置传感器的开关磁阻电机转子位置检测技术

转子位置检测是开关磁阻电机调速系统的重要环节,直接位置检测技术能够提供稳定的转子位置信号,但需要增加附加的机械结构,从而限制了开关磁阻电机的应用范围。目前,无位置传感器检测技术是开关磁阻电机研究领域的热点之一。全面介绍了国内外开关磁阻电机无位置传感器检测技术的研究现状,详细阐述了每一典型检测方法的原理,对其优缺点及适用范围进行了详细讨论与客观评述,并展望了其发展趋势。对新型无位置传感器检测技术的研究具有重要的参考价值。

基于外转子开关磁阻电机的参数优化分析

针对高速运转时开关磁阻轮毂电机的转矩波动问题,基于ANSOFT MAXWELL 2D仿真平台,以3相12/8极外转子开关磁阻电机为例,进行静态和瞬态仿真分析,得到电机的各类特性曲线。参考这些特性曲线,可以在电机高速运行时,通过优化开通角、关断角和定子磁极结构来减少输出转矩波动——这些优化可使开关磁阻轮毂电机的输出转矩更为平顺。

一种新型无轴承开关磁阻发电机的设计

分析了一种转子由6个凸极和一个圆盘轴向叠加而成的12/6极混合转子结构无轴承开关磁阻发电机的发电原理与悬浮机理。利用等效磁路法,并将绕组电流等效为方波,结合平均转矩与输出功率的关系,推导出了无轴承开关磁阻发电机的主体尺寸计算公式。在不考虑转子偏心情况下,推导了电机悬浮力的表达式。根据设计样机的径向负载要求,在留有一定径向力裕量的基础上计算得出转子圆盘尺寸,并通过绕组峰值电流与气隙磁密的关系计算绕组的匝数。最后,基于所提方法,在Ansoft中建立12/6极混合转子结构BSRG实验样机的模型,验证了所提设计方法的正确性。

分体式开关磁阻双转子电机设计与电磁仿真

为解决传统混合动力汽车用双转子电机同心永磁式结构存在散热不良和磁场耦合等问题,将两个同尺寸开关磁阻电机通过联轴器机械连接起来,设计成一种新型分体式开关磁阻双转子电机(Split Switched Reluctance Dual-rotor Motor,SSR-DRM),分析其工作原理和多工况运行模式,进行参数设计、建模以及电磁静态和瞬态仿真,从磁力线分布、磁密、瞬态转矩与空载反电势等对比分析设计和仿真。结果表明:SSR-DRM的主、副电机在560 V直流电压下,额定转矩为80 N·m,额定转速为3 000 r/min,额定输出功率为25 kW,满足设计要求。

一种新型无轴承开关磁阻电动机性能分析

提出了一种具有新型定子结构的无轴承开关磁阻电机(BSRM),其可实现转矩与悬浮力的解耦,同时由于定子三相共用一套悬浮绕组,因而结构简单,易于控制,电流利用率高。简要介绍了新型BSRM的结构特点和悬浮运行原理。基于有限元仿真,对新型电机的电感、转矩和悬浮力分布特性进行了分析;分析结果表明新型BSRM具有良好的悬浮运行性能。推导了悬浮力表达式,给出了具体的实现方法。

开关磁阻发电机电感的非线性数学模型与应用

本文提出了以付氏级数为基础的开关磁阻发电机的电感模型 ,并将计算结果与实际测量结果相比较 ,验证了该模型的准确性和实用性 ;同时也将该模型运用于SRG控制方式和励磁方式的研究 ,进一步也验证了此非线性模型的有效性。

开关磁阻电机磁路优化设计及性能分析

以三相6/4极开关磁阻电动机为研究对象,借助Ansoft软件对电机磁路进行分析计算,建立铁耗数学模型,优化结构参数,研究减少铁耗的方法。分析了极弧对转矩脉动的影响。系统调试结果证明电机性能可以满足使用要求。