基于精确子域模型的游标永磁电机解析磁场计算

游标永磁电机是一种基于磁场调制原理的新型电磁传动装置,适用于船舶推进、风力发电等低速大转矩的应用场合。准确计算游标永磁电机的磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。关于电机解析磁场计算,该文讨论和比较了一极一槽模型和精确子域模型。以表贴式游标永磁电机为研究对象,在气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽子域和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法直接求解。模型建立在二维极坐标下,考虑了径向/平行/Halbach充磁,单层/双层绕组分布,内/外永磁转子结构,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。在解析模型的基础上,求解了气隙磁密分布、空载反电势和绕组电感,相关有限元结果验证了解析结果的准确性。

轮辐式游标永磁电机分析与多目标优化设计

为了削弱磁位波动效应对轮辐式游标永磁电机转矩性能的影响,首先研究磁位波动效应产生机理,基于等效磁路模型推导出空载气隙磁密的解析模型,分析其对气隙磁场调制效果的抑制作用,并利用有限元法验证了转子磁动势和气隙磁密解析模型的准确性。其次,提出了一种基于参数灵敏度分层的多目标优化设计方法,通过综合灵敏度分析法对设计变量空间进行分层降维,根据灵敏度层次选用针对性的优化设计方法,构建出具有高精度的电机性能代理模型。以此为基础,运用多目标遗传优化算法对电机转矩密度、齿槽转矩和转矩波动等进行综合优化设计。最终确定优选设计方案,并通过有限元法验算优化设计的有效性,结果显示,优化后齿槽转矩由28.5 mN·m降至10.3 mN·m,转矩波动由4.9%降至1.6%,平均转矩由0.68 N·m提升至0.83 N·m,电机的输出转矩性能与品质均得到有效提升。

直线游标永磁电机反步滑模控制研究

将反步控制方法和滑模方法相结合,提出一种反步滑模控制算法,应用于直线游标永磁电机位置跟踪控制。针对系统内部的参数变化及外部负载扰动等未知因素,采用神经网络最小参数学习算法逼近系统未知项。仿真结果表明,相对于普通控制算法,反步滑模控制算法使系统位置跟踪精确,提高了系统的鲁棒性和动态性能。

一种交替极切向励磁游标永磁电机的分析与设计

提出一种新型带连接桥交替极切向励磁的游标永磁电机用以提升高极比(转子极对数与定子绕组极对数之比)切向励磁游标永磁电机的转矩密度。新型拓扑转子轭部表面均匀分布多个"h"形由连接桥和主齿组成的转子齿,切向励磁的永磁体插入转子齿中。连接桥为主磁场提供磁通路径,避免主磁通以"之"字形来回穿梭在气隙中,还可以减小气隙磁阻,削弱磁障效应,从而增大气隙磁通密度,提升电机的反电动势和转矩密度。此外,新型拓扑永磁体极性相同,磁钢用量减少一半,降低了电机成本。该文首先说明磁障效应产生的原因并介绍新型电机拓扑结构和工作原理;然后分析主要参数对转矩性能的影响;最后通过有限元仿真对比传统拓扑和新型拓扑电磁性能,结果表明,在相同体积与热负荷下,新型拓扑具有更高的转矩密度和更低的磁钢用量。

V型游标永磁电机功率因数内在机理及其提升方法

基于功率因数内在机理的研究,提出一种提升游标永磁电机(VPM)功率因数的设计方法,该方法采用分层优化,对影响电机功率因数的主要因素,即永磁磁链和同步电感,分别进行了理论推导和优化分析。该文首先对永磁磁链进行了优化设计,利用气隙谐波作为电机结构设计与电机电磁性能之间的中间桥梁,一方面,气隙谐波作为电机参数的设计目标,另一方面,也作为电机功率因数和其他相关电磁性能的设计变量。基于永磁磁链的分析,进一步优化相关参数对同步电感的影响,从而最终确定了VPM电机的优化设计方案。此外,为了验证该方法的有效性,对优化前后电机的电磁性能进行了分析评估。最后对优化后的电机进行了加工和实验测试,理论分析和实验结果表明所提出的VPM电机功率因数优化设计方法的有效性和合理性,提升了VPM电机在轮毂电机直接转矩驱动系统中的应用潜力。

开绕组直线游标永磁电机的矢量控制研究

直线游标永磁(linear vernier permanent-magnet, LVPM)电机具有高功率密度和高推力密度的优点,并且其制造成本和维护成本低,非常适用于城市轨道交通。但采用传统的单逆变器驱动LVPM电机时,直流侧母线电压的利用率偏低。本文通过分析LVPM电机的数学模型,研究了开绕组LVPM电机的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)策略,提出了一种目标矢量解耦控制策略,并搭建仿真平台进行了验证。仿真结果验证了上述方法的正确性。

基于SVPWM的开绕组直线游标永磁电机直接推力控制研究

开绕组直线游标永磁(LVPM)电机具有直流电压利用率高和推力密度大等优点,并且其建设和维护成本低,适用于城市轨道交通的建设。但采用传统直接推力控制时,电机的推力和磁链脉动大,功率单元开关频率不稳定。针对以上问题,分析了LVPM电机的数学模型,研究了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的直接推力控制策略,提出了一种目标矢量解耦控制策略,并搭建仿真平台。仿真的结果验证了所提出方法的正确性。

永磁游标电机的研究现状与最新进展

永磁游标电机以其结构简单、转矩密度高等优点得到了国内外电机领域广泛关注,并就其工作原理、电机拓扑和电磁特性等进行了深入研究,结果表明该类电机非常适于低速直驱应用场合。根据定子拓扑结构的不同,永磁游标电机可分为单齿开口槽和多齿分裂极两大类。该文分析了它们的磁场调制原理及工作特点,总结了一般定转子结构以及若干特殊结构,并分别提出了多齿分裂极聚磁式永磁游标电机和混合励磁记忆游标电机,以提高电机转矩密度和扩大电机调速范围。文中还讨论了永磁游标电机在不同领域的研究和应用,总结展望了相关理论与技术研究的发展方向。该文对永磁游标电机理论研究与工程应用具有一定的参考价值。

直线永磁电机的自适应容错控制

针对带有执行器故障的直线游标永磁电机非线性系统,设计一种基于容错技术的自适应控制器,采用故障补偿律和反步法保证非线性系统的所有闭环信号一致有界,并且系统输出能够渐近跟踪到期望的参考信号。采用MATLAB软件进行数值仿真,证实该控制方案的有效性。