基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。

表面-内置式永磁转子同步电机的永磁体优化

针对表面-内置式永磁转子同步电机的结构特点,采用有限元法对表面-内置式永磁转子同步电机的表面式永磁体进行优化。建立表面-内置式永磁转子同步电机不同充磁方式和结构的有限元模型,计算其瞬态磁场,研究额定负载下的气隙磁密分布。分析其不同充磁方式和结构对空载反电势正弦特性、齿槽转矩、转矩波动和功率因数的影响,求解出表面-内置式永磁转子同步电机最佳的充磁方式和结构。分析结果表明,优化后的表面-内置式永磁转子同步电机的性能得到有效改善。

基于永磁体磁畴聚向排列的永磁同步电机振动噪声优化

以表贴式外转子永磁同步电机为例,通过仿真计算、理论分析两种方式对永磁同步电机的振动和噪声进行了深度的剖析,并给出了影响电机电磁振动和噪声的电磁力密度波时间阶次和空间阶数以及具体的磁密谐波次数,为精准优化电机的电磁振动和噪声提供了明确的方向。通过永磁体磁畴聚向排列结构在不改变产品任何尺寸、结构的情况下实现了对表贴式外转子永磁同步电动机的振动和噪声优化,还实现了电机材料成本的降低。

内置式永磁同步电机无感复合控制策略研究

为了解决内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用单一控制算法无法实现全速度范围内理想控制效果的问题,提出了一种改进型复合控制策略。在低速运行时,采用脉振高频注入法,解决了转子初始位置检测问题。通过二阶广义积分器代替带通滤波器,提高了系统的速度响应。在高速运行时,采用龙伯格观测器。同时,为了解决两种控制算法的切换问题,提出了基于改进粒子群算法的线性加权平均切换方法。仿真结果表明:在初始角度θ=2.5 rad的情况下,该策略能使电机运行在全速度范围内、转速误差范围控制在[-8 r/min,+5 r/min],且转子角度波动较小。该研究对机械制造与航天、航空领域具有实际指导意义。

基于延迟校正扩张状态观测器的内置式永磁同步电机电流控制策略

高速电驱动场合会受到开关频率的限制,低载波比特性凸显,由此引起的控制延迟问题影响了内置式永磁同步电机(IPMSM)矢量控制系统性能。基于扩展电动势的建模方案能够获得IPMSM的对称化模型,有利于离散化分析和设计,以提升低载波比运行性能。扩张状态观测器(ESO)能够实现扩展电动势和扰动的集总观测,然而低载波比延迟问题影响了估算性能。该文在离散域中分析延迟影响,设计和对比研究了几种延迟影响抑制方案,即延迟校正扩张状态观测器,提升了估计精度。基于此,设计了IPMSM离散域电流控制方案,显著提升了电流响应特性。通过电动汽车驱动实验平台验证了该文的分析和设计。

车用多层磁钢内置式永磁同步电机研究与设计

针对电动汽车驱动电机性能需求日益提升的现状,设计了一种车用发卡绕组多层磁钢内置式永磁同步电机,保证高功率密度、高效率的设计要求。利用有限元方法建立4种发卡绕组多层磁钢内置式永磁同步电机的二维模型,在转子分段斜极优化的基础上,比较4种电机的性能,探究多层磁钢结构中不同永磁体对电机性能的影响,选择最合适的结构进行后续多次优化;利用田口算法对电机磁钢尺寸设计进行优化,通过参数对优化目标影响的比重选出最优组合;对优化后的电机进行Halbach充磁,对每层磁钢分别利用同一角度充磁,进行参数化扫描寻优,选择最合适的一层充磁,并选择最合适的充磁角度及对应的充磁长度获取最优性能。结果表明:多次优化后的电机在保证较高平均转矩的基础上,转矩脉动与齿槽转矩大幅降低,可满足新能源汽车电机的性能需求。

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析

为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。

永磁同步电机永磁体状况在线监测

提出一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流和永磁体磁链为状态变量,构建估算转子永磁体磁链幅值和方向的卡尔曼滤波器。该方法能准确跟踪永磁体真实状况,对电机参数不敏感,鲁棒性强。基于动态估算的电机永磁体磁链,可为永磁同步电机控制系统实时提供准确的转子磁链信息,提高系统控制性能和效率。同时,基于永磁体磁场状况的动态监测,可防止永磁电机失磁状况的恶化,降低不可逆失磁程度,提高系统可靠性。实验结果验证了方法的正确性和有效性。

双极板设备用内置式永磁同步电机结构优化

为了有效地提高永磁同步电机的转矩性能和降低齿槽转矩,选取48槽、8极的内置式永磁同步电机为例,在不改变转子径向半径的前提下,选取转子的关键参数作为优化参数,基于田口算法对内置式永磁同步电机进行多目标优化,在有效降低齿槽转矩的基础上增大内置式永磁同步电机的转矩性能。在优化基础上,对空载运行、额定负载、最高转速3种永磁同步电机典型的运转工况进行有限元仿真。数据结果表明:齿槽转矩峰峰值从1.8 N·m降低至0.9 N·m,额定负载下的平均电磁转矩从73.17 N·m增长至77.12 N·m,最高转速运行下的平均电磁转矩从37.3 N·m增长值38.42 N·m,分别实现了提高永磁同步电机转矩性能和降低齿槽转矩的目标。

定子槽口宽度对同步电机永磁体涡流损耗影响

采用二维时步有限元法,系统地分析变频供电条件下高功率表贴式永磁同步电机定子槽口宽度对电机漏抗、功率因素、绕组电流、气隙磁密等参数的影响,从而确定永磁同步电机(PWM)波供电下槽口宽度对永磁体涡流损耗的影响.分析表明,定子槽口宽度由6.0mm变为2.5mm,电机漏抗增加,由高直流母线电压变频供电引起的电枢纹波电流得到较好抑制,高次谐波电流得到很好过滤,气隙磁密高次谐波幅值减小,永磁体涡流损耗减小可减小近40%.同时,对两台不同槽口宽度样机进行永磁体温升试验,验证了分析方法和计算结果的正确性.

内置式永磁同步电机磁体涡流损耗研究

采用气隙磁位分布函数作为边界条件取代定子磁场,建立计及磁路饱和及齿槽效应影响的永磁同步电机磁体涡流损耗计算的二维有限元模型。对内置式钕铁硼永磁同步电机各次谐波磁场引起的永磁体涡流损耗进行分析计算。结果显示:磁路饱和对涡流损耗的影响很大,各次谐波中具有一阶齿谐波特征次数的谐波磁场是引起永磁体涡流损耗的主要因素。

大功率永磁同步电机转子永磁体损耗研究

针对大功率永磁电机同步电机运行时由于定子电流过大在转子永磁体中引起大量涡流损耗的问题,构建时变有限元模型,以控制器工作在不同开关频率下所测试得到的电流作为输入,分析气隙磁场畸变与控制器开关频率之间的关系,研究转子永磁体内感应电流和涡流损耗与控制器开关频率之间的关系,讨论在低开关频率下转子涡流损耗的变化情况。最后搭建台架实验通过测量电机反电势电压衰减计算永磁体的涡流损耗。实验与仿真结果表明,所构建有限元模型与台架实验取得了一致的结果。

永磁同步电机永磁体形状分析与优化

本文通过对永磁体形状进行分析和优化使永磁同步电机产生正弦形反电动势。首先在理想条件下利用拉普拉斯方程对永磁同步电机的永磁体形状进行了推导,并提出了两种近似的永磁体形状来代替理想的正弦形永磁体,然后通过对两种永磁体气隙进行有限元分析,可以得出这两种永磁体产生的气隙磁密与标准的正弦形气隙磁密波形比较接近。最后通过对两种永磁体电机的反电动势进行谐波分析得出弧形永磁体较瓦片型永磁体产生的反电动势谐波成分少,更适合用于永磁同步电机。

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。

轴向永磁体组合削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩的方法

永磁同步电机在高性能控制系统中得到了越来越多的应用,但永磁同步电机特有的齿槽转矩会影响系统的控制精度。针对表贴式永磁同步电机存在的齿槽转矩问题,提出一种在电机转子轴向组合不同永磁体的方法来减小齿槽转矩。首先,分析齿槽转矩产生原因,基于能量法和傅里叶分解法分析齿槽转矩的表达式,并基于此公式推导出计算组合永磁体具体尺寸的方法。然后,利用有限元法检验此方法的有效性,并分析得出最优组合方案。将优化后电机的气隙磁通密度和永磁体的用量与优化前的电机进行了对比,证明所提出方法是经济而有效的。最后,对优化后电机的反电动势谐波含量等其他性能进行分析,证明了本文所提出的转子结构能够提升电机的性能。

新型转子内置式永磁同步电机设计与优化

目的为了提高车用内置式永磁同步电机运行性能,改善市面上常见车用“V”型内置式永磁同步电机谐波畸变,转矩脉动等问题。方法提出一种新型内置式永磁同步电机设计方法,结合车用内置式永磁同步电机设计指标与基本理论计算出电机主要尺寸,利用有限元仿真软件建立电机模型,分析了新型转子内置式永磁同步电机工况下的运行性能,并采用参数化扫描的方法对电机定转子开不同尺寸槽的齿槽转矩进行了研究,同时,为了提高电机的优化效果,对电机参数进行灵敏度分析,找出影响电机性能的主要变量,并进行分层多目标优化。结果仿真结果表明,新型转子内置式永磁同步电机在抑制反电势谐波畸变,削弱电机转矩脉动和减少电机损耗的方面要更加优秀;其次,通过在电机定转子上开辅助槽可以有效减小新型转子内置式永磁同步电机的齿槽转矩;最后,相比于电机的单层多目标优化,分层多目标优化可以获得更贴近实际使用需要的设计参数。结论所设计的新型转子内置式永磁同步电机要比“V”型内置式永磁同步电机更能满足目前新能源汽车内置式永磁同步电机高性能的要求,上述研究结果为车用内置式永磁同步电机的设计提供了参考依据。

基于ADRC的电动汽车内置式永磁同步电机控制策略

针对电动汽车内置式永磁同步电机在运行过程中存在转速响应差、超调量大和对外界抗干扰能力较低等一系列问题,提出了一种基于自抗扰控制(ADRC)的内置式永磁同步电机控制策略。自抗扰控制器不需要被控对象有精确的数学模型,将被控对象的所有不确定因素视为“未知扰动”,并对这些扰动进行实时补偿。在永磁同步电机控制系统的转速环中应用ADRC控制器取代传统的PI控制器,提高电机的控制精度和对外界的抗干扰能力。同时在内置式永磁同步电机控制系统中,在电机额定转速以下采用最大转矩电流比(MTPA)控制,在额定转速以上采用超前角弱磁的方法实现弱磁扩速。仿真结果表明,所提出控制策略是有效和可靠的。

高磁路饱和永磁同步电机永磁体负载磁链动态估算

永磁同步电机通常由于安装空间和自重的限制,要求其具有较高的电、磁负荷,导致电机内部出现严重的磁路饱和,而在高磁路饱和的情况下,永磁体磁链会随电流的改变而发生非线性变化。为了准确估算电机负载状态下的永磁体磁链,该文首先描述了dq轴电流对永磁体磁链的影响,并结合定子铁心局部磁饱和特性,分析了气隙磁动势和铁心磁动势之间的比例关系,提出了基于磁链系数的永磁体磁链模型。接着根据测量的相电压以及定子铁心材料的磁导率曲线,提出了一种考虑磁路饱和的永磁体负载磁链动态估算方法。最后搭建了300kW内置式永磁同步电机实验平台,通过有限元仿真和实验验证了该文所提出的估算方法的有效性和准确性。

电动汽车用永磁同步电机失磁机理与选区渗重稀土研究

由于电动汽车用永磁同步电机(PMSM)具有高功率密度的设计要求,使得磁钢更易受到电磁以及高温影响致使出现不可逆失磁,为此常在磁钢制备时加入大量镝、铽等贵重稀土元素,但该方法使得磁钢材料价格激增。本文以一台“三角”型内置式永磁同步电机为研究对象,分别研究了温度、电枢电流大小以及弱磁角这三个因素对电机磁钢的失磁特性影响,进而确定磁钢的易失磁位置及失磁扩散规律。在此基础上,通过将电机磁钢材料的牌号更改为较低的牌号,并提出合理的选区渗重稀土设计方案,实现了在不损失电机性能的情况下,减少重稀土元素用量的目的。最后,提出一种适用于计算选区渗重稀土设计方案中最大内禀矫顽力提升倍数的方法,可为电动汽车用永磁同步电机磁钢减重稀土研发设计提供参考。

内置式永磁同步电机振动噪声抑制方法

针对内置式V形永磁同步电机提出通过转子斜极和定子齿开辅助槽抑制电机振动噪声的方法。通过电磁场有限元仿真法计算额定功率11 kW、额定转速8200 r/min永磁同步电机径向电磁力的时间频率谐波和空间阶次谐波。通过有限元仿真方法和样机实验分别对电机的振动噪声进行计算,并将两者的声压级进行了对比,发现误差在合理的范围内。通过转子永磁体V形斜极和定子齿开辅助槽的方法抑制电机的振动噪声,可降低电机的A计权声压级。