基于子域法的游标混合电机电磁性能解析计算

针对游标混合电机(VHM)设计时难以实现快速准确的电机磁场求解问题,提出采用子域法推导游标混合电机的解析分析模型,实现电机磁场和电磁性能的快速准确计算。根据电机结构和各部分电磁特性,将电机求解区域划分为定子槽、定子槽口、永磁体(PM)、气隙和转子槽5个子域,根据各子域磁场偏微分方程和矢量磁位通解,结合边界条件求解各子域矢量磁位,计算气隙磁密、磁链、反电势(EMF)、齿槽转矩和电磁转矩。研究定转子槽宽对转矩脉动和平均转矩的影响,在不减小平均转矩的情况下,得到削弱转矩脉动的定转子槽宽组合。设计制造一台样机,实验结果验证了解析模型的正确性。

混合永磁游标电机磁链观测器设计与协调控制方法

为了改善传统永磁顶驱钻井系统体积大、能耗高等问题,在顶驱钻井系统中引入混合永磁游标电机(hybrid permanent magnet vernier machine,HPMVM)构成新型直驱式顶驱系统。文章针对该电机磁链观测与驱动协调控制展开研究。首先,在两相旋转坐标下实现了永磁磁链的解耦,设计了一种超螺旋(Super Twisting Algorithm,STA)滑模永磁磁链观测器,实现了永磁磁链的准确观测。然后,建立不同速度区间与低矫顽力永磁体充/去磁状态的映射关系,提出了结合分区控制的最优转矩控制策略。在低速区内,饱和磁化状态使电机获得最优转矩;高速区内为了减少电机连续调节永磁体磁化状态带来的励磁损耗,采用分段调磁控制,并在定子电压、电流限制下,构建Lagrange辅助函数,通过对该函数求取极值获得最优转矩。最后,通过与传统弱磁控制进行仿真对比分析,表明STA滑模磁链观测器能够快速且准确辨识永磁磁链,并在全速域内实现最大转矩的输出,且降低了电机的铜耗,从而提高了整个电机系统的效率。