基于轴线方向不等宽度磁极结构的表贴式永磁同步电机极频振动的削弱

针对一台10极12槽表贴式永磁同步电机的极频振动问题,提出了一种轴线方向不等宽度磁极结构的削弱方案。该方案可以在保证电机转矩密度前提下,有效降低电机的极频振动。首先,根据麦克斯韦张量法,推导出电机径向电磁力的解析表达式,并建立了作用在电机定子齿部电磁力模型;同时,对样机中产生极频电磁力谐波的因素进行了分析研究。然后,通过有限元仿真分析,介绍了利用轴线方向不等宽度磁极结构降低极频电磁力的基本机理,并对优化前后的电机的电磁性能和振动加速度进行了比较分析。最后,研究结果表明,采用轴线方向不等宽度磁极结构能够有效地减弱极频电磁力谐波和振动,同时保持电机的转矩密度,证实了优化方案的有效性。

凸极式永磁同步电机矢量控制算法研究与工程实现

以新能源电动汽车用凸极式永磁同步电机为研究对象,根据驱动电机的实际运行工况,提出了在基速以下的恒扭矩区采用最大转矩电流比控制,基速以上的恒功率区采用弱磁控制的矢量控制策略。通过查表法实现矢量控制,即根据电机运行工况,实时查表得到电机交、直轴电流的参考值,实现对永磁同步电机的控制。

近极槽数表贴式永磁同步电机齿顶漏磁分析与计算

近极槽数表贴式永磁同步电机的齿顶漏磁比较大,凭传统经验选取齿顶漏磁系数,再利用有限元软件仿真的方法延长了电机设计周期,即齿顶漏磁的快速、准确计算十分必要。根据半单元电机内每个齿的齿顶漏磁各自不同的特点,提出了平均每极齿顶漏磁的计算方法。将半单元电机内的所有齿的齿顶漏磁规算到每个磁极下,推导出了平均每极齿顶漏磁和齿顶漏磁系数的解析表达式。在此基础上进一步研究了电机极数和极弧系数的变化对齿顶漏磁系数的影响。平均每极齿顶漏磁解析法计算结果与有限元软件仿真结果一致,验证了平均每极齿顶漏磁计算方法的正确性和准确性。

混合动力汽车凸极式永磁同步电机电流解耦控制

针对电机旋转坐标系下直轴与交轴电流耦合的问题,采用对角矩阵解耦控制方法,通过在电机的电流环中增加一个解耦器矩阵,将励磁电流id与转矩电流iq解耦成互不干扰的量,保证电机输出转矩的精准性。仿真试验结果表明:与前馈解耦控制方法、反馈解耦控制方法相比,该方法在电机转速较高或电机参数发生变化时,鲁棒性更好,解耦效果显著。

基于辨识系统的凸极式永磁同步电机矢量控制系统研究

永磁同步电动机的定子电阻和电感受环境影响产生变化,影响矢量控制系统的控制精确度。针对这个问题设计了基于POPOV超稳定性定理的参数辨识系统,该系统能辨识出凸极式永磁同步电机交轴、直轴电感以及电阻的取值,和在运行过程中发生的变化。在转速电流双闭环系统中,辨识模块将电感和电阻等电参数实时反馈到转速和电流控制器进行控制量的计算。仿真结果表明,辨识系统能辨识出电参数取值和发生的变化,对提高矢量控制系统的性能有帮助。

基于不同极弧系数组合分段倾斜磁极的表贴式永磁同步电机齿槽转矩削弱措施研究

齿槽转矩的准确计算和削弱是评估和优化电机性能的基础。采用解析法计算电机的齿槽转矩时很难考虑复杂齿槽结构对气隙磁导的影响,计算结果精度较低。考虑定子实际的齿槽结构,提出一种普遍适用的有效气隙长度的准确计算模型,通过该模型可以准确求得电机的气隙磁导和其他相关的电磁性能。以6极36槽表贴式永磁同步电机为例,对电机的有效气隙长度以及由此所得的齿槽转矩进行计算,并采用有限元法进行验证,结果表明该计算模型具有很高的准确性。此外,该文推导采用不同分段磁极结构时的齿槽转矩解析表达式,给出最佳极弧系数组合和倾斜角度的确定方法,并结合有限元法和粒子群优化算法(particle swarm optimization algorithm,PSO)对不同极槽配合电机的齿槽转矩进行分析。分析结果表明,采用该文方法确定的最佳极弧系数组合和倾斜角度,能够有效地削弱电机的齿槽转矩。

基于分段交错不等磁极的表贴式永磁电机极频振动的削弱

针对表贴式永磁同步电机极频振动,提出一种分段交错不等磁极的削弱方法,与传统的优化方法相比,该方法可有效保证电机的转矩密度。首先,基于麦克斯韦张量法,推导作用于定子齿部的集中力模型,并以一台10极12槽表贴式永磁电机为例,分析极频电磁力谐波的产生原因。其次,基于有限元模型,分析分段交错不等磁极对极倍频电磁力谐波的削弱机理,并对比优化前后电机的关键电磁性能以及振动频谱。结果表明,分段交错不等磁极结构可在保证转矩密度的前提下,有效削弱极频电磁力谐波及振动。最后,对优化前后的样机进行振动实验,验证了优化方案的有效性。

基于极间虚齿的表贴式永磁电机六倍频振动噪声的削弱

采用极间虚齿结构对表贴式永磁电机的六倍频振动噪声进行削弱,与传统的优化方法相比,该方法结构简单,且基本不影响基波磁场和平均转矩。首先,基于麦克斯韦张量法,推导了考虑力波分量相角的六倍频电磁力谐波表达式,分析了六倍频电磁力的产生机理,并以一台8极48槽表贴式永磁电机为例,采用有限元法进行验证;接着,引入凸极磁导函数,基于磁场调制原理,分析了虚齿对磁通密度时间谐波的调制作用及对六倍频电磁力的削弱机理;然后,建立多物理场有限元模型,对比了优化前后电机的关键电磁性能以及振动和噪声频谱,结果表明,极间虚齿可有效削弱电机的六倍频电磁力和振动噪声;最后对优化后的样机进行噪声实验,与仿真结果对比,验证了理论和有限元模型的正确性。

错位式双边型永磁直线同步电机优化设计

针对12槽/11极双边型永磁直线电机,提出了采用电枢或磁极错位一定距离来削弱推力波动的有效方法,并进行了结构优化设计。针对该优化方案,研究了空载工况和额定工况时的电磁性能和推力性能,并进行实验测量与验证。通过与另外两种极数比槽数多的槽极配合(12槽/13极、12槽/14极)结构相比,不仅验证了错位方法的通用性,而且表明了极数比槽数多的槽极配合结构力性能更好,即12槽/14极结构力性能更优。

一种凸极式永磁同步电机闭环MTPA控制策略研究

针对基速以下时采用最大转矩电流比控制的闭环矢量控制系统中,当给定转矩或负载转矩突变时,因电流调节器饱和而导致电机动态跟踪过程中实际工作状态脱离MTPA的问题,对凸极式永磁同步电机的MTPA控制、控制器饱和限幅等方面进行了研究。提出了一种d轴电流环优先响应的控制器限幅策略,以优化系统动态跟踪过程中的电流跟踪轨迹提升稳定性;在此基础上,提出了一种采用q轴反馈电流在线修正d轴给定电流的闭环MTPA控制策略;利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,并利用基于TMS320F28335的电机控制系统对闭环MTPA控制策略进行了实验研究。研究结果表明:该控制策略在转矩突变时,d轴给定电流可以实时修正,并迅速跟踪,维持电机在动态跟踪过程中实际电流矢量在MTPA附近。

基于定子齿削角的近极槽永磁同步电机振动噪声削弱方法

对于近极槽永磁同步电机而言,其振动噪声特性具有许多的特殊性。本文首先分析了分数槽永磁同步电机在定子齿削角时永磁体产生的气隙磁通密度分布表达式,然后利用所推导的解析表达式计算了在不同齿削角度情况下的各次谐波幅值,最后分别应用有限元法与解析公式计算分析了齿削角方法对电机振动噪声所带来的影响。结果表明,对定子应用齿削角的方法可有效降低近极槽表贴式永磁同步电机的振动噪声。

极靴式永磁同步电机径向气隙磁密分析

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差,加工复杂结构的永磁钢导致电机成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装极靴的新型磁极结构。以标量磁位法为基础,建立了加装极靴后的空载径向气隙磁密解析模型,以一台18极54槽外转子永磁电机为例,通过有限元法验证了解析模型的正确性。此外,基于解析模型研究极靴结构参数对径向气隙磁密的影响规律,获得最优参数匹配。结果表明,加装极靴的永磁同步电机径向磁密幅值和波形正弦化程度明显提高。

凸极式永磁同步电机的状态误差PCH控制

针对凸极式永磁同步电机的最大输出功率和负载扰动抑制问题,本文提出了基于状态误差的端口受控哈密顿与L2增益的凸极式永磁同步电机最大输出功率控制方法。首先建立凸极式永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的PCH模型,根据最大输出功率原理给出了确定系统平衡点的方法,基于状态误差PCH方法的反馈镇定原理求出转速控制器,最后利用L2增益控制原理给出了负载扰动抑制控制算法。仿真结果表明,基于最大输出功率原理的状态误差PCH方法有效地实现了凸极式PMSM速度控制,并且L2增益控制对未知负载扰动具有较好抑制能力。该方法为凸极式PMSM的速度控制提供了新的方法,具有一定实用价值。

车用发卡式绕组永磁同步电机的设计与优化

针对电动汽车对电机高效率和高功率密度的要求,结合发卡式绕组和内置式V型磁极结构的优势,设计了一台发卡式绕组永磁同步电机。根据电机的特点和设计指标,确定了电机的定子槽型和转子磁极结构,利用有限元方法(FEM)建立电机的二维仿真模型,验证了初步设计的合理性。针对电机齿槽转矩和转矩脉动较大的问题,首先,分析了不同转子分段斜极方式和分段数对电机齿槽转矩和输出转矩的影响,其次,利用田口算法对转子外侧辅助槽进行设计,完成了对电机转子结构的优化。对比转子结构优化前后齿槽转矩、转矩脉动、空载反电势以及气隙磁密的变化,证明了转子优化设计的有效性。最后,对优化后电机的磁场、外特性曲线、效率Map以及转子机械强度进行分析,结果表明,电机的输出性能和结构强度满足设计要求。

分极式永磁同步电机

设计了一种结构简洁的分极式永磁同步电机模型。它依据一般电机原理 ,采用现代化新型永磁材料 ,并综合了同步电机和异步电机的优点和性能 ,具有机型改动小、成本低、功率因数高、运行可靠的特点 ,可做为未来电动机的升级替换产品。

基于电压矢量注入的表贴式永磁同步电机转子初始位置检测

为了实现表贴式永磁同步电机静止时转子初始位置的检测,首先建立了表贴式永磁同步电机在电压矢量注入时的数学模型,分析了矢量注入方向的电流响应形式,并对影响位置辨识成功的因素进行了分析。针对传统电压矢量法准确性低、检测周期长和转子旋转的问题,提出采用三轮检测法,第一轮采用顺序法和小幅值电压矢量粗略估计位置,第二轮采用二分法和中幅值电压矢量精确检测位置,第三轮采用大幅值电压矢量准确判断NS极。仿真和实验结果表明,该检测方法可以准确、快速的检测转子位置,并能保持转子静止。

基于高频阻抗检测的隐极式永磁同步电机三步无位置传感器起动技术

针对隐极式永磁同步电机初始位置难以检测的难题,提出了一种基于高频阻抗空间分布检测技术的初始位置估算方法。该方法利用不同位置的高频阻抗分布特性不同的特点,通过在转子的不同空间位置注入高频信号,获得隐极式永磁同步电机的初始位置信息。基于获得的隐极式永磁同步电机初始位置,进一步提出了一种三步无位置传感器起动方法。通过该起动方法,可以获得较小的起动电流,实现隐极式永磁同步电机在无位置传感器控制条件下的零速稳定起动、低速开环运行以及到闭环控制的平稳过渡。在一台隐极式永磁同步电机上进行了实验验证。实验结果表明,该方法不仅能获取隐极式永磁同步电机的初始位置,而且能显著降低起动电流大小,并实现隐极式永磁同步电机在零、低速工况下的高频注入无位置传感器控制。

基于新型高频注入法的表贴式永磁同步电机转子初始位置检测方法

针对表贴式永磁同步电机,提出了一种基于虚拟脉振高频注入法结合载波频率成分法的转子初始位置检测方法。该方法在传统脉振高频注入法的基础上,加入虚拟高频旋转坐标,对传统脉振高频注入法进行了改进;同时,引入载波频率成分法作为转子磁极判断依据。通过仿真和工程实验,对该方法进行验证。实验结果表明:与传统的脉振高频注入法相比,该方法不需要PI调节,易于工程实现,并解决了部分传统脉振高频注入法的过零点问题;与传统的磁极判断方法相比,该方法实施过程简单,准确性高,算法执行时间短。

单逆变器供电六相串联三相双永磁同步电机直接转矩控制

为了减小大容量电机和小容量电机混合使用时变换器的个数,进一步提高各电机转矩控制性能,提出一种对称六相凸极式永磁同步电机串联三相凸极式永磁同步电机的直接转矩控制策略。利用正交变换矩阵将两台电机的机电能量转换变量投影到空间正交的两个直角平面上,而非机电能量转换变量投影到零序空间中,实现两台电机定子磁链和转矩的解耦。为了实现两台电机的电磁转矩、定子磁链和零序电流直接控制,采用单电压矢量和部分合成电压矢量结合的方法构建最优开关矢量表。实验结果表明,采用该文所提的控制策略后,各台电机定子磁链、电磁转矩相互解耦。

六相串联三相双永磁同步电机直接转矩控制的研究

为了进一步提高串联系统中电机转矩的控制性能,提出一种对称六相凸极式永磁同步电机串联三相凸极式永磁同步电机单逆变器供电的直接转矩控制策略。建立在自然坐标系下串联系统的数学模型,并利用正交变换矩阵转将机电能量转换变量和非机电能量转换变量变换到3个相互正交的αβ-xy-o1o2子空间中,采用电压矢量合成和单电压矢量相结合产生的方法产生新电压矢量,利用六相逆变器输出电压矢量实现对两台电机解耦独立控制。Matlab/simulink仿真验证表明,采用本文所提的控制策略后,系统中各台电机可以解耦独立运行。