真空干泵用横向磁通开关磁阻电机对比分析

为了解决真空泵用电机工作在真空环境中,转子不易散热的问题,需要严格控制真空泵用电机的温升,从而提高系统运行的稳定性。开关磁阻电机(SRM)转子无绕组,转子损耗较小,整体温升较低,对于提升真空泵用驱动电机的性能具有重要意义。在传统SRM的基础上,设计了一款真空泵用横向磁通SRM,由于定子绕组空间较大,有利于电机散热,进一步减少了定子的损耗,从而降低了电机的整体温升。最后,对同功率、同体积的异步电机、径向SRM和横向磁通SRM进行了温度场、轴承的热应力和热形变的对比分析。结果表明,横向磁通SRM的温升、轴承的热应力和热形变均最小,说明横向磁通SRM作为真空泵用驱动电机的可行性。

横向磁通开关磁阻电机间接位置检测方法

提出一种横向磁通开关磁阻电机间接位置检测方法,实现TFSRM起动相的确定及低速运行时正确换相。起动时各相同时注入高频脉冲电压,计算出电感值,再由逻辑关系确定起动相;在低速运行时,对下一导通相注入高频脉冲电压,同时检测该相电流,当相电流达到换相阈值后即可执行换相。该方法无需大量计算、算法简单。最后在MATLAB环境下建立了三相TFSRM系统的仿真模型,并进行了仿真,仿真结果验证了该方法的可行性。

横向磁通开关磁阻电机转矩能力的分析

设计了1台永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机(PM-shield TFSRM)。通过在定、转子极间装设永磁体来屏蔽气隙中的漏磁,以提高输出转矩。采用三维有限元分析方法对电机的磁场进行了分析,表明了永磁屏蔽的有效性。在相同电流通过时,具有永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机的平均转矩比没有永磁屏蔽的提高近1倍。

宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机的设计与分析

针对开关磁阻电机存在转矩密度较低、转矩脉动较大的缺点,提出一种新型宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机。该电机采用并行式双定子结构,左右定子盘通过共享一个转子段保持短磁通路径,定子齿极为宽极和窄极交错排列,集中式绕组缠绕在定子宽极上,定子窄极上则不缠绕绕组,仅为磁路提供磁通路径。由于每个槽只放置一相绕组,使得绕组在磁、热和机械上的隔离程度更高,保证了电机的可靠性。该文首先介绍所提电机的拓扑结构和运行原理;根据功率方程设计了部分初始结构参数,利用有限元方法分析了尺寸参数对电机性能的影响,并利用田口算法对选取的4个关键尺寸参数进行了多目标优化,改进了电机性能;然后计算分析了所提电机结构的动、静态性能;最后,制造了样机,实验结果验证了所提电机结构的有效性。

模块化开关磁阻式横向磁通电机设计与分析

基于开关磁阻电机的运行原理和横向磁通电机的结构特点,提出一种新型的模块化开关磁阻式横向磁通电机(modular switched reluctance transverse flux machine,MSRTFM)。该电机结构简单,其定、转子铁心均为采用硅钢片叠制的U型结构,定子绕组直接绕制在U型铁心上,易于模块化加工。相比于传统的开关磁阻电机,MSRTFM具有横向磁通电机的优点,可以实现电、磁负荷解耦灵活设计,从而有效提高转矩密度和运行效率,因此适合于电动汽车等高效、高转矩驱动领域。介绍MSRTFM的基本结构与运行原理,给出该电机电磁设计的方法和公式推导过程。由于MSRTFM的磁场呈三维分布,因此采用三维有限元分析(3D finite element analysis,3D-FEA)对电机的磁链和转矩等参数进行了计算。此外,将MSRTFM与传统的径向磁通开关磁阻电机(switched reluctance machine,SRM)进行了对比,验证了所提电机的良好性能。根据设计参数与有限元仿真结果,研制了小功率实验样机,并对电机的主要性能开展实验研究,验证了设计结果与有限元计算分析的正确性。

一种计及饱和与互感影响开关磁阻电机的磁通快速计算方法

开关磁阻电机(SRM)的电磁具有明显的非线性特征,传统异步电机的计算公式无法适用于开关磁阻电机的磁通,针对此问题提出了一种磁通快速计算方法。该方法以磁路模型为基础,同时考虑了磁路饱和及相间互感对磁通分布的影响。首先,通过求解磁路方程组,求得铁心各分段中的磁通、磁阻,进而求得磁链特性曲线。然后,分析了齿轭比参数对饱和特性及互感特性的影响,推导出轭部铁心先于齿部饱和的齿轭比临界值表达式。最后,以一台12/10结构的六相SRM为样机,将计算结果与有限元仿真结果进行对比,验证了方法的准确性。该方法降低了初期设计和分析过程中对有限元法和实验测量的依赖,有效提高了计算速度,减少了仿真成本。

横向磁场开关磁阻电机永磁屏蔽技术研究

首先阐述了横向磁场开关磁阻电机转矩提升原理,着重分析了漏磁通产生原因以及对电机性能产生的影响,在此基础上研究了一种具有双边永磁屏蔽外转子低速横向磁场开关磁阻电机,介绍了样机的结构特点,并采用三维等效磁网络法对样机进行了磁场计算,研究表明利用装设在定、转子极间的永磁体能有效屏蔽漏磁通,增加磁通变化率,提高输出转矩。样机的计算结果和试验结果基本吻合。

基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计

轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度变化不一致,利用二维解析法分析该类电机会带来较大误差。该文利用准三维解析法对轴向磁通电机展开径向分层计算,确定电机转子关键位置处的磁链特性。在准三维解析法分析的基础上,利用准三维有限元方法对基于不同铁磁材料的模型进行了比较分析。研究结果和样机测试数据表明:基于有取向硅钢材料的轴向磁通开关磁阻电机定、转子磁极轴线对齐位置处的磁链值可以提高15%,准三维解析法的分层计算精度较高,对于电机初期设计而言,该方法的磁链分析误差从工程上认为是可以接受的。

横向磁场直线开关磁阻电机的数学建模

为了建立横向磁场直线开关磁阻电机(transverse flux linear switched reluctance motors,TFLSRM)的解析数学模型,首先分析TFLSRM的结构和磁路特点,建立TFLSRM的磁路等效模型,采用直线磁路和变椭圆系数的椭圆形磁路分割法推导等效磁路的气隙磁导解析式,确定以磁导表示的绕组电感和磁链,建立了推力和法向力的数学模型。有限元分析结果验证了所建数学模型的正确性,利用该模型分析了改变次级极宽和气隙长度对电机推力和法向力的影响,半实物仿真实验结果验证了所建模型的有效性。

新型可变磁通磁阻电机振动和噪声研究与开关磁阻电机的比较(英文)

通过电磁和机械有限元方法计算并通过实验研究一种新型可变磁通磁阻电机的振动和噪声。这种新型电机使用与开关磁阻电机类似的定、转子冲片,但在定子侧放置一套直流励磁绕组;同时,用三相双极性桥式电路产生的正弦电流驱动定子电枢绕组。由于在二阶振动模态频率点附近的振动得到极大的降低,这种新型可变磁通磁阻电机所产生的振动和噪声得到了极大地削弱。实验证实相比开关磁阻电机,这种新型可变磁通磁阻电机在空载和负载下可以使声压级分别降低4dBA和8dBA。

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链,导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征,需要提出新的建模方法,揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题,该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析,明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势,提出“主-边磁路并行解析”策略,构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究,结果表明,建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性,实现稳定悬浮,进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。

横向磁场直线开关磁阻电机及其控制系统(英文)

研究了基于横向磁场直线开关磁阻电机(transverse flux linear switched reluctance motor,TFLSRM)、全数字控制器与新型位置传感器的直线电机驱动系统,建立了TFLSRM数学模型。新型位置传感器利用了TFLSRM次极边极形,无需在次极安装任何元件,改善了系统可靠性。为改善系统性能,在电流环进行了从牵引力到平均电流的非线性转换,在速度环采用离散时间趋近率控制。基于DSP设计了控制器,测试了新型位置传感器与所提驱动系统的动、静态性能。实验结果验证了新型位置传感器与TFLSRM驱动系统的优良性能。

开关磁阻电机磁通波形与铁耗计算

对开关磁阻电机的磁通波形进行了分析,得到了电机各部分平均磁通的数学表达式;然后对平均磁密波形进行傅里叶级数分解,把非正弦磁密波形分解和转化为一系列不同频率的正弦磁密波形。对于磁滞损耗,采用考虑了小滞环的磁滞损耗计算数学模型进行计算。对于涡流损耗,在采用传统正弦磁通波形计算公式的基础上,加上涡流损耗修正因子计算。最后对一台6/4结构的开关磁阻电机进行了铁耗计算,同时将计算结果与采用有限元法的结果进行了比较,验证了该方法的正确性。

一种提高横向磁场开关磁阻电机输出转矩的新方法

研究了一种新型具有永磁屏蔽的横向磁场开关磁阻电机.该电机利用装设在定、转子极间的永磁体,有效地屏蔽了极间漏磁通,提高了输出转矩.该文利用i-ψ特性曲线从磁能角度进行了转矩提升理论分析,并对样机进行了三维磁场计算.样机的静态转矩对比试验表明,在相同额定电流下永磁屏蔽样机的静态平均转矩提高近一倍.

轴向磁通开关磁阻电机参数设计方法

轴向磁通开关磁阻电机的气隙面积与电机外径的平方成正比,与电机的轴向长度无关。相对于径向磁通结构的开关磁阻电机,采用轴向磁通结构能够有效增加气隙的面积,从而提高电机的输出转矩。针对单转子、单定子结构的轴向磁通开关磁阻电机,对提高其输出转矩特性的参数设计方法进行了研究。建立了三维有限元模型,对电机的电感特性和转矩特性进行了研究。最终得到了优化的定、转子齿形与尺寸,并确定了磁轭厚度。

影响横向磁场开关磁阻电机性能的主要因素研究

对有屏蔽和无屏蔽的两台TFSRM样机的气隙磁场,应用三维等效磁网络法进行了分析,结果表明:通过永久磁钢屏蔽漏磁通可以提高TFSRM的转矩;研究了样机的主要尺寸对TFSRM转矩的影响,并对TFSRM的主要参数进行了优化。

高转矩密度横向磁场开关磁阻电机的设计

基于对横向磁场电机结构特点与工作原理分析的基础上,提出了一种适用于低速、直驱领域的模块结构横向磁场开关磁阻电机设计及主要位置磁化曲线的解析计算方法。样机试验结果表明,参数计算方法具有较好的精度,电机转矩密度和运行效率均高于同体积异步电机。

横向磁通开关磁链永磁直线电机的拓扑结构研究

横向磁通开关磁链永磁直线电机的磁通路径与电枢绕组中的电流在空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,从而使其力密度得到提高.针对横向磁通开关磁链永磁直线电机,本文阐述了横向磁通永磁直线电机的磁路结构和工作原理,提出了几种拓扑结构.通过有限元数值计算分析并对比了不同拓扑结构电机的气隙磁场分布、绕组磁链、反电势等特性曲线,为确定最佳拓扑结构奠定了基础.

转子结构对轴向磁通开关磁阻电机的影响分析

轴向磁通开关磁阻电机具有传统开关磁阻电机和轴向磁通电机的优点,能够适用于许多场合。考虑到工程样机装配过程中转子磁极的固定问题,在转子中引入凸台结构。研究了理想状态下轴向磁通开关磁阻电机定、转子极弧系数和转子厚度对电机性能的影响;在保证定、转子极弧系数和转子厚度不变的前提下,对引入的凸台结构进行分析,选取了最佳的凸台厚度和凸台宽度;利用有限元软件仿真对比了无凸台转子结构和有凸台转子结构的轴向磁通开关磁阻电机。研究结果表明:有凸台转子结构能够有效提高电机输出转矩,增强了转子结构的可靠性。

轴向磁通开关磁阻电机的起动发电研究现状

介绍了轴向磁通开关磁阻电机的起动发电控制技术,其中包括轴向磁通开关磁阻电机调速系统的组成和轴向磁通开关磁阻电机的三种基本控制方法,即电压斩波控制、电流斩波控制和角度位置控制,指出轴向磁通开关磁阻电机在电动车辆、纺织工业、家电应用等领域良好前景。