连续不等齿距削弱横向磁通永磁电机齿槽转矩方法

横向磁通永磁电机的齿槽转矩大,引起的转矩脉动显著,对电机的控制精度产生不利影响。提出一种连续不等齿距法来削弱横向磁通永磁电机的齿槽转矩。该方法将定子齿沿圆周方向分组,每组定子齿数相等,同组内相邻的齿距呈等差数列,导致同组内每个齿的齿槽转矩产生相位偏移,进而削弱齿槽转矩。结合能量法,推导了横向磁通永磁电机齿槽转矩数学表达式,揭示连续不等齿距法削弱齿槽转矩的原理,通过有限元方法验证,连续不等齿距法可以显著削弱横向磁通永磁电机的齿槽转矩。

混合铁心横向磁通永磁电机的设计与分析

阐述了横向磁通永磁电机(transverse flux permanent magnet motor,TFPM)的结构特点与软磁复合(soft magnetic composite,SMC)材料的优点,提出硅钢、SMC结合的混合铁心TFPM。为了分析电机转矩及其影响因素,推导了转矩解析公式。基于3D有限元模型,通过静态磁场分析求出了式中永磁体磁链幅值及线圈电感2个变量;通过瞬态磁场分析,得到了电机的空载电动势、空载磁链、一相转矩及其平均值,转矩有限元结果与解析结果一致。样机测得的空载电动势验证了分析的正确性。结果表明,混合铁心TFPM不但结构简单、加工方便,而且转矩密度高、易于模块化。

新型盘式横向磁通永磁电机及其空载电动势波形的解析计算

盘式横向磁通永磁电机具有横向磁通永磁电机和盘式永磁电机的综合优势。本文提出一种新型盘式横向磁通永磁电机,首先给出了该电机的原理结构及优越性;然后将其转子盘沿径向等分成若干单元,并基于转子盘磁体的体积积分,求得定子相绕组的永磁磁链,进而求得该种电机空载电动势波形的解析表达式;最后通过三维电磁场有限元方法和样机实验方法验证了所给出理论解析计算的正确性。

定子叠片式外转子横向磁通永磁电机设计

横向磁通永磁电机具有较传统永磁电机更高的转矩密度,但其存在漏磁与齿槽转矩大等不足。为了实现兼顾抑制其漏磁和齿槽转矩的研究目标,论文开展定子叠片式外转子横向磁通永磁电机的设计研究,首先介绍建议的外转子横向磁通永磁电机拓扑结构并建立其三维有限元仿真分析模型;然后通过在永磁体周向设置间隙和定子间设置辅助定子相结合,并对永磁体周向间隙和辅助定子进行优化的措施,确定定子叠片式外转子横向磁通永磁电机设计方案。最后,加工制造了样机,通过样机的实验测试证实设计方案的合理有效性。

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机电磁力及转子机械强度的分析

以两相聚磁型无源转子横向磁通永磁电机为研究对象,分析了电机的结构特点与运行原理,并给出了主要尺寸参数。建立了3D仿真模型,在不同负载条件下对电机的转子铁心进行了电磁力分析计算。将仿真得到的电磁力作为载荷施加于转子铁心上,借助应力场研究分析了转子铁心的应力分布规律及形变量大小,计算结果表明该电机转子的机械强度和结构刚度是满足要求的。

新型横向磁通永磁电机不同控制策略的对比实验

针对一种拟应用于电动汽车轮毂式直驱系统的新型横向磁通永磁电机进行了综合实验研究,以探索有效的控制方式。首先按照惯例探讨了永磁同步运行模式,发现常规U/f=C控制时的功率因数和效率均偏低,进而测定基于电压与电流控制规律的V形曲线,发现Id=0控制能使电机效率提高,但功率因数依然随负载增大而降低。为此,进一步探讨了基于Id=0的无刷直流驱动模式,发现正常换相时效率和过载能力仍然不够理想,但采用提前换相方式后改进效果十分明显,由此测定了最佳提前换相角与负载转矩的关系曲线,奠定了工业应用基础。

一种改进粒子群算法在横向磁通永磁电机优化中的应用

通过对鸟、鱼等动物群体捕食行为的深入分析,进行了粒子群优化算法的改进研究:在优化过程中,动态调整学习因子和惯性参量,得到了全新的粒子速度与位置更新模式,从而有效防止了粒子的"早熟"问题,并改善了算法的全局寻优能力。使用提出的改进粒子群算法对典型数学函数进行校验,结果表明:改进算法的全局寻优能力比原算法有明显提高。将其引入电磁场逆问题求解过程,对一台聚磁式横向磁通永磁同步电机进行基于磁钢用量和电机整体体积最小的尺寸优化设计,取得了令人较为满意的效果。

横向磁通永磁电机直接转矩控制系统研究

横向磁通永磁电机具有高转矩密度等优点,但其转矩脉动严重地影响了输出特性。提出一种改进的空间矢量直接转矩控制方法,并增加电压矢量数量及磁链区域的进一步细分,改变定子磁链和转矩的估测模型及磁链角的获取,使开关频率增加,转矩脉动减小,以削弱电流谐波,可有效地减小转矩脉动和磁链,电机得到平稳运行。将传统直接转矩与改进的空间矢量直接转矩控制进行对比研究,研究表明,改进的直接转矩控制减小了转矩脉动,增加了负载转矩,使横向磁通永磁电机工作性能得到提升。

新型横向磁通永磁电机无位置传感器控制

分析了新型横向磁通永磁电机的无刷直流运行特点,针对常规相电压法应用于该新型电机时会引入附加检测误差问题,深入分析其产生机理,并结合提前换相方式提出了相应的相位补偿方案以实现正确换相。借助有位置控制器实验首先验证了附加检测误差之存在,并测定了其与负载转矩间的定量关系。在此基础上,进一步利用dSPACE搭建无位置传感器控制系统,对检测误差补偿前、后的运行性能进行实验对比。实验结果表明,与常规相电压法相比,所提出的相电压法改进方案有效提升了电机负载能力,且运行结果与有位置传感器运行时也基本一致。

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种新型聚磁型无源转子横向磁通永磁电机。首先分析了该电机的基本结构和运行原理,借鉴永磁同步电机的成熟理论方程推导了该电机的电磁设计公式,并给出了相应的优化流程图。采用三维有限元方法分析了电机的磁场分布,给出了空载反电势、相电感及其齿槽转矩波形。该电机的气隙磁密比传统横向磁通永磁电机高,采用聚磁型结构提高了永磁体的利用率。漏磁严重使得横向磁通永磁电机的相绕组自感比较大,通过仿真分析了电枢反应对电机的影响。

双C型定子横向磁通永磁电机的优化设计

介绍了一种新型横向磁通永磁电机的工作原理,并分析了电机的结构特点。通过Maxwell软件建立该横向磁通永磁电机的三维有限元模型,并对电机在运行状态下的电磁分布进行仿真,计算永磁体涡流损耗平均值。仿真结果显示,定子与转子间气隙存在明显的漏磁现象,对定子形状进行改进来减小漏磁,并通过计算表明,改进后电磁转矩增大了27.3%;对永磁体涡流损耗进行了分析,提出在转子内侧添加铜层来减小永磁体涡流损耗的方法,并通过设置变量计算出该方案的最佳铜层厚度。

新型横向磁通永磁电机双闭环控制

本文以一种新型横向磁通永磁电机为控制对象,设计了速度和电流双闭环控制系统以改善电机调速性能和稳定性。并针对换相过程长的问题,辅以提前换相手段来增大转矩电流比,提高电机运行效率。仿真和实验结果表明该控制系统能明显改善电机的运行性能。

新型横向磁通永磁电机有位置传感器直接转矩控制

新型横向磁通永磁电机在无刷直流驱动模式下运行时,不可避免存在转矩脉动,但可以通过直接转矩控制加以改善。为规避传统直接转矩控制中的定子磁链给定难和电机起动难问题,提出有位置传感器直接转矩控制新方案,根据转子位置和转矩滞环比较器选择电压矢量,并配合适当提前换相以兼顾高转矩电流比和低转矩脉动。仿真结果证实该方案的可行性和有效性。

新型横向磁通永磁电机电磁场有限元分析

为了验证新型四相横向磁场永磁电机(TFPM)的可行性,为其建立了模型并进行电磁场有限元分析。采用Solidworks软件,为其新型拓扑结构建立了三维模型;在Maxwell 3D仿真环境下进行网格划分,材料赋值,定义边界条件等操作,对其磁通密度、自定位力、电磁力、转矩等参数进行了三维电磁场有限元分析。实验证明,样机运行平稳,四相结构设计减小了电机自定位力,有效抑制了转矩脉动,有限元仿真结果与实验结果一致,验证了该拓扑结构的可行性。

外转子聚磁式横向磁通永磁电机设计

与传统永磁电机相比,横向磁通永磁电机(TFPM)具有更高的转矩密度,但存在漏磁与齿槽转矩较大等不足。为此,开展了兼顾抑制漏磁和齿槽转矩的表贴式TFPM设计与优化的有限元分析及实验证实的研究工作,但是该方案实际存在辅助定子固定困难的不足,迫切需要开展在体积及永磁体用量近乎均等的条件下,实现不逊色于具有辅助定子表贴式TFPM性能的横向磁通永磁电机的设计工作。论文提出了一种无辅助定子的聚磁式TFPM拓扑,首先基于有限元分析(FEA)确定了兼顾抑制漏磁和齿槽转矩的定子齿宽,再使用定子斜齿进一步地抑制聚磁式TFPM的齿槽转矩,并通过FEA验证了聚磁式TFPM设计方案的合理有效性。

基于转子齿偏移的四相横向磁通永磁电机齿槽转矩削弱方法

提出一种基于转子齿偏移的方法,有效削弱横向磁通永磁电机齿槽转矩。运用傅里叶级数分析了四相横向磁通永磁电机齿槽转矩的表达式,并以此为基础给出了转子齿偏移角度的计算公式。由于该电机结构特殊,单元结构中的两相耦合度高且漏磁系数较大,使得解析方法的计算结果存在误差。为了得到更精确的偏移角度,采用有限元方法对计算所得偏移角度进行修正仿真。此外,还研究了转子齿偏移之后对电机性能的影响,并得出结论：该优化方法能有效削弱齿槽转矩,显著减小电机转矩脉动。同时,结合横向磁通电机的特点,提出了增加齿宽的方法以解决电机优化过程带来的电机出力减小的问题。

四相聚磁型无源转子横向磁通永磁电机交直轴电感及电磁转矩分析

以一种新型四相聚磁型无源转子横向磁通永磁电机为研究对象,基于三维有限元法,利用4/2变换公式计算出不同工况下电机的交、直轴电感大小,并深入分析其变化规律和影响因素。在此基础上,利用得到的电感数据,计算出不同电流控制角下的电磁转矩,并与仿真数据相比较,总结其变化规律。研究结果为该类电机的设计分析和控制方法提供了一定的参考依据。

带齿槽转矩补偿的横向磁通永磁电机DTC技术研究

横向磁通永磁电机(TFPMM)因结构特殊,存在功率因数低、转矩脉动大等问题,需要改进控制算法来降低电机的转矩脉动,改善控制系统性能。在传统的直接转矩控制(DTC)基础上提出空间矢量调制(SVM)的DTC策略,以改善传统控制策略中电流、磁链控制不精确,转矩脉动大的问题。针对TFPMM齿槽转矩比较大的问题,将电机齿槽转矩拟合成电角度的表达式,补偿到转矩观测器输出端,使转矩观测器能观测齿槽转矩分量,起到抑制齿槽转矩脉动的作用。仿真结果验证SVM-DTC比传统DTC的电流波形更平滑,磁链控制更精确。采用齿槽转矩补偿的方法后电机转矩脉动显著减小,验证了补偿控制算法的有效性。改进的控制算法提高了电机控制系统整体性能。

横向磁通永磁电机最大转矩电流比控制方法研究

本文针对横向磁通永磁电机的功率因数,研究了最大转矩电流比控制方法,实现了横向磁通永磁电机最大转矩电流比控制仿真系统。仿真结果表明了该方法对提高横向磁通永磁电机动态性能和改善系统的功率因数的有效性。

四相横向磁通永磁电机的三电平滞环电流控制

以新型四相横向磁通永磁电机为研究对象,利用MATLAB/Simulink软件平台以及Simpower System工具箱,对闭环控制系统进行了研究。在传统双闭环调速控制基础上,为滞环电流控制环引入零电平,将滞环分为上滞环和下滞环。综合考虑开关频率与电流THD确定合适的滞环环宽,并根据偏差电流值与滞环环宽比较值得到逆变器控制信号。通过仿真得到各种工况下的电机运行数据,说明该控制方法能够对四相横向磁通永磁电机进行有效控制。