定子铁心焊缝数量及尺寸对永磁同步电机性能的影响

本文基于工程实践,首先仿真分析了焊槽尺寸形状、焊槽位置和焊槽数量对于6极54槽新能源汽车用永磁同步电机三相感应电势不平衡度的影响;其次仿真分析了在不同定子槽数和电机极数下,电机三相感应电势不平衡度的变化规律;最后进行了样机制作和测试验证。通过仿真分析和试验验证,指出了对于6极54槽新能源汽车用永磁同步电机,焊槽的宽度和深度均会影响电机的三相感应电势的不平衡度,电机的三相感应电势的不平衡度与焊槽的尺寸成正比例关系;同时还指出了对于永磁同步电机,从减小三相感应电势不平衡的角度,定子焊槽的数量不适宜选用极数的整数倍;此外还指出了电机的三相电压和电流的平衡度与电机的扭矩输出和运行效率的对应关系。

双定子盘式横向磁通永磁同步电机的原理分析与转矩脉动抑制

小型化是推动伺服电机技术进步的重要研究方向。通过研究提出具有转矩密度高、空间设计灵活优势的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机,实现电机设计的高度集成化,减小电机驱动系统体积。设计一台额定功率5.4 kW、额定转速3 000 r/min的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机,分析电机的主要电磁性能。为减小电机转矩脉动,提出齿极设计参数优化以及不对称定子盘结构两种手段,进一步研究不对称定子盘结构对电机转子结构强度的影响。实验验证了该电机的可行性以及主要性能参数。

中速磁浮无铁心永磁直线同步电机的结构优化

中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组沿轨道长距离铺设,使电机效率进一步降低。为了提高电机性能,在IPMLSM基本结构的基础上,提出一种新型永磁体装配结构,可提升电机推力密度;并根据长定子IPMLSM绕组的特点,优化绕组导体截面,获得适用于中速磁浮列车IPMLSM定子绕组导体的宽与高之比,进一步提升电机的推力密度。最后,制作IPMLSM小型样机实验装置,对比实验结果验证了所提改进结构的优越性。

基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机优化设计——楔形气隙结构电机

从优化结构角度出发,提出基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机,该类电机具有效率高、重量轻、噪声低、结构简单等优点,通过改变气隙结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机的气隙磁密,达到提高电机性能的目的。利用FEM方法对16极盘式永磁同步电机进行建模,选取不同的空气罩尺寸来分析比较,确定适合的求解域,进而对均匀气隙与楔形气隙两种结构进行了静态气隙磁场分析比较。实验结果表明,样机出力由均匀气隙结构200W提高至楔形气隙结构的250W,效率由91.8%升高到92.4%,功率因数由0.985提高到0.993,优化设计达到了目的。

盘式永磁同步电机在油田注水泵上的研究及应用

盘式永磁同步电机的轴设计为空心轴,直接和注水泵的输入轴连接,取代传统异步电机+皮带轮+皮带的组合传动系统,减少中间传动环节,提高系统效率。永磁同步电机的功率因数高,加之采用变频智能闭环控制系统,使得油田注水系统节能效果明显;取消皮带传动系统,降低更换皮带的维护成本及现场运行噪声,减少安全隐患。

盘式无铁心永磁同步电机矢量控制技术分析

盘式无铁心永磁同步电机的定、转子均为无铁心结构,在同等输出功率和转矩条件下,电机重量较轻,并具有过载能力强、无齿槽转矩、气隙磁场分布正弦性好、电枢反应小、参数线性等优点。作为电动机应用时,特别适合对电机体积有特殊要求且低速性能好、响应速度快、过载能力强的场合。同样,因为无铁心结构,电机定子绕组电感很小,很小的电感导致通以绕组内的电流不连续,从而产生电磁转矩脉动。该文提出一种电机外部串电感的方法,增大定子绕组回路的电感值,设计了基于转子磁场定向的盘式无铁心永磁同步电机调速驱动系统。仿真和实验结果证实了控制方法的有效性,电机转速平稳且无静差,超调量小;能够获得较大启动转矩,响应速度快。

基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电机设计研究

介绍一种基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机。电机采用单元电机组合式的结构型式。电枢无铁心、重量轻、噪声小、效率高。介绍了电机基本设计规则,并对其关键工艺进行研究,最后给出了样机的有关参数。

无铁心HALBACH阵列对盘式永磁同步电机控制性能的影响

从对无铁心绕组及Halbach阵列永磁磁钢自身性能特点的分析出发,分析了无铁心Halbach阵列对永磁同步电机控制性能的影响,并与传统永磁同步电机进行了对比分析。

轮毂多盘式无铁心永磁同步电机永磁体结构优化

将不等厚排列技术与90°Halbach阵列以及不等宽排列技术相结合应用到两个外转子磁钢分析,中间盘采用普通磁钢排列,通过改变磁钢排列的厚度及宽度,来进一步提高多盘式无铁心永磁同步电机气隙磁密的基波幅值和波形的正弦性,从而提高电机性能。对16极盘式永磁同步电机进行仿真建模,将"不等宽排列技术+90°Halbach阵列"模型以及其优化模型"不等厚排列技术+90°Halbach阵列+不等宽排列技术"进行静态气隙磁场对比分析。仿真数据表明,"不等厚排列技术+90°Halbach阵列+不等宽排列技术"使得周向磁密波形和切向磁密波形都大为改善,磁场波形更接近于正弦分布特征,其中周向磁密波形畸变率改善了67.02%,气隙周向磁密幅值提高了8.15%。

轮毂盘式无铁心永磁同步电机永磁体结构优化

从优化永磁体结构的角度出发,提出将不等厚排列技术与90°Halbach阵列相结合方法对磁钢的排列结构分析,通过改变磁钢排列结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机(以下简称为DCPMSM)气隙磁密的基波幅值及波形的正弦性,达到提高电机性能的目的。本文通过有限元仿真软件对16极盘式永磁同步电机进行建模,分别选取不等厚排列电机模型、不等宽90°Halbach排列电机模型和改进型90°Halbach排列电机模型进行静态气隙磁场分析对比。仿真数据表明,"不等厚排列技术+90°Halbach阵列"使得周向磁密波形和切向磁密波形都大为改善,磁场波形更接近于正弦分布特征,其中周向磁密波形畸变率(THD)Bmin可降低到1.35%,气隙周向磁密幅值Bδav提高到0.5465T。

多种群遗传算法在无铁心永磁直线同步电机优化设计中的应用

为了同时实现应用于步进扫描投影光刻机中的长行程直线电机的高推力密度、低推力波动和低铜损耗,提出了基于多种群遗传算法(multiple population genetic algorithm,MPGA)的环形绕组形式无铁心永磁直线同步电机(air-corepermanent magnet linear synchronous motor,ACPMLSM)多目标优化设计方法。在建立磁场分析模型的基础上,推导了关键参数的解析表达式。以永磁体、环形绕组的尺寸为变量,以推力体积比、电机常数和推力波动为优化目标,提出了基于权重系数的多目标优化函数,应用搜索能力强、收敛速度快的多种群遗传算法优化电机的结构尺寸。结果表明,在不同的权重系数下,MPGA得到的电机优化设计结果与设计目标具有良好的一致性。有限元仿真和实验结果证明了所提方法的有效性和可行性。

盘式对转双转子永磁同步电机的设计和特性分析

针对一种对转螺旋桨驱动用盘式对转双转子永磁同步电机进行了分析,提出了该电机的基本设计方法,得到了电机主要尺寸参数的设计方程;利用有限元软件对该电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到了其磁路特性和主要性能参数,并重点分析了两个永磁转子存在位置差时电机总反电动势波形的特点,利用有限元结果对永磁转子所受的轴向磁拉力进行了计算和分析;最后对所设计的2.2 k W电机样机进行了试验验证。

定子无铁心轴向磁通永磁同步电机研究进展综述

定子无铁心轴向磁通永磁同步电机(axialflux permanent magnet synchronous motor,AFPMSM)因其结构紧凑、功率密度和转矩密度大、无铁心损耗、效率高等特点受到越来越广泛的关注,在要求空间紧凑和高转矩密度的场合具有广阔的应用前景。介绍定子无铁心AFPMSM的典型拓扑结构,分析此类电机电磁性能的设计分析方法及一系列优化方法,讨论此类电机热学性能分析优化以及力学性能分析方面的研究,总结针对此类电机绕组电感很小的特性提出的控制策略以及弱磁扩速方面的研究,最后整理了此类电机目前的应用情况,并展望了定子无铁心AFPMSM研究领域今后的发展方向。

盘式永磁同步电机直接驱动独立车轮及导向控制技术

为解决低地板轻轨车辆所用传统电机体积大、能效低等问题,提出架悬盘式永磁同步电机(PMSM)解决方案。PMSM通过弹性万向节直接驱动低地板轻轨车辆的独立车轮;以滑模观测器获得的PMSM转子位置角和角速度的估计值作为控制依据,实现无位置传感器的PMSM矢量控制;转向架同一侧的2个电机采用偏差耦合控制,以保持纵向转速同步;对左右两侧的电机,根据反馈的其转速差估计值进行控制,以保证车辆在直线上行驶时左右车轮同步,在曲线上行驶时左右车轮转速差合理。根据采用独立车轮的低地板轻轨车辆动力学方程,运用MATLAB/Simulink软件建模对该方案进行仿真验证。结果表明:采用该方案的车辆在直线上行驶时左右车轮同步,而且具有恢复自导向的能力;在曲线上行驶时通过控制左右车轮的转速差,能够使轮对几乎沿轨道中心线运行,横移量小于1mm,冲角接近于0,且因导向控制而消耗的电机功率不超过250W。

基于HALBACH阵列的永磁同步盘式无铁心电机磁钢设计

介绍了永磁体的一种新型排列方式—Halbach阵列。在此阵列的基础上,以每极主磁通和气隙磁场波形为研究对象,通过磁场分析确定永磁同步盘式无铁心电机的最佳磁钢结构尺寸。

电动车用多盘式永磁同步电机协同优化与容错控制方法

为提高电动汽车续航里程、运行特性和安全可靠性,提出一种电动车用多盘式永磁同步电机协同优化与容错控制方法。首先,建立多盘式永磁同步电机数学模型,提出基于效率MAP图的多盘式永磁同步电机效率优化控制策略,并对多盘式永磁同步电机的容错控制方法进行分析。其次,在效率优化的基础上,提出一种转矩协同控制策略,利用模糊控制进行转矩波动优化。最后,针对所提出的控制策略进行仿真分析和整车测试,结果表明模块化多盘永磁同步电机协同优化驱动系统具有较宽的高效率区间,拓宽了系统效率平台,增加了续航里程,改善了系统运动特性。多盘电机冗余容错功能提高了安全可靠性,具有重要的理论研究意义和应用价值。

基于正交试验法的盘式无铁心永磁同步发电机优化设计

阐述了正交试验法的基本原理,建立了盘式无铁心永磁同步发电机优化设计的数学模型,并在优选磁极形状的基础上采用正交试验法配置磁极外径、极弧系数和磁极厚度与气隙长度的比值等,以提高平均气隙磁通密度、降低漏磁系数。电磁场有限元仿真结果表明优化后电机的平均气隙磁通密度增加28.3%,漏磁系数减小5.42%,验证了正交试验法用于盘式无铁心永磁同步发电机优化设计的可行性。

大功率盘式交流永磁同步电机电磁场分析

针对应用于石油钻井平台的510kW盘式交流永磁同步电机进行了建模,并分别从空载、负载、电感角度进行了三维电磁场仿真。建模中考虑了模型的对称性和周期性,将整体模型简化成1/4模型,从而显著减少了仿真的计算量。在电机空载状态下,得到了空载磁通密度分布,分析了永磁体极弧系数、槽口宽度和极槽配合对齿槽转矩的影响,通过优化,在永磁体极弧系数取0.85、槽口宽度取5mm、极槽配合取18槽16极时,得到了最小的齿槽转矩30.64N·m,这将有利于降低转矩波动,从而减小电机的振动和噪声,提高系统的控制精度和品质。在电机负载状态下,分析了不同电流激励源和内功率因数角下的电磁转矩波形:在恒转矩区,当相电流为550A、内功率因数角为22°、额定转速为1 600r/min时的电磁转矩为3.115kN·m;在恒功率调速区,当相电流为550A、内功率因数角为41°、转速为2 000r/min时,电磁转矩为2.577kN·m;在过载工作区,当相电流为1 140A、内功率因数角为47°、额定转速为1 600r/min时,电磁转矩为4.756kN·m,电机达到1.5倍过载。与同体积的其他电机相比,该电机的电磁转矩密度有显著提高,内功率因数角调整裕度也较大,能满足过载能力要求。此外,结合电机空载和负载求得的参数,绘制了盘式电机矢量图,求得同步电感值为0.31mH。

单定子双转子盘式对转永磁同步电机动态滑模控制

单定子双转子盘式对转永磁同步电机在不平衡负载及扰动情况下运行时会出现运行不稳定、鲁棒性差的问题。针对此问题,该文在双转子两边不同负载的情况下,分析了电机运行的稳定性,提出一种实时切换参考坐标系的动态滑模控制策略。该控制策略通过实时比较转矩角的大小以切换控制所需的坐标系来实现双转子的动态控制。同时,针对动态控制系统易受到负载扰动影响的问题,构建非奇异快速终端滑模速度控制器以提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该文所提出的动态滑模控制策略能够使系统运行稳定可靠。

盘式永磁同步电机永磁体涡流损耗研究

由于永磁体中存在涡流损耗,这些损耗会以热量的形式散发出来,使盘式永磁同步电机(DPMSM)内部温度升高。当温度过高时,会引起电机运行性能降低。故针对永磁体涡流损耗进行深入研究,对DPMSM的性能提高及优化设计具有重要意义。利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,在三相正弦电流源驱动下求解电机永磁体电磁场分布;为减小永磁体涡流损耗,对永磁体进行不同方向分割,并对不同方向分割进行仿真对比,得出横向分割为3块效果最佳;在利用电磁屏蔽原理减小涡流损耗时,先对其可靠性进行验证,后利用MATLAB曲线拟合得出屏蔽层厚度的最优值。