磁极偏转永磁辅助同步磁阻电机优化设计

针对永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动大和转矩不足等问题,提出磁极偏转永磁辅助同步磁阻电机结构,并对电机结构进行多目标优化。为选取出电机最佳的结构参数,利用有限元法对电机进行仿真分析,结合二维等高线法,选出电机结构参数初始优化范围。利用Taguchi法建立初始参数优化正交表,结合所设计的8极48槽电机结构,对正交表中数据进行建模仿真,进而对电机结构参数进行优化调整。根据所提出的方案设计研制试验样机。结果表明:优化后的磁极偏转电机结构转矩提升8.1%,转矩脉动下降5.6%,验证了所提电机结构的合理性。

基于磁链相移原理的不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机设计与分析

传统永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)无法充分利用永磁转矩和磁阻转矩,该文提出一种新型不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机(ACP-PMaSynRM)。基于永磁磁链相移原理,将交替极永磁阵列、不对称磁极和磁障相结合,实现永磁转矩和磁阻转矩的最大值在相同电流相位下叠加,不但提高了永磁转矩和磁阻转矩的利用率,增强了电机输出转矩能力,而且减少了永磁体用量。采用有限元法对比分析了传统和新型ACP-PMaSynRM的电磁性能,验证了所提电机拓扑的可行性。最后,制造了一台48槽14极样机并对其进行了实验验证。

基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略

永磁辅助式同步磁阻电机在高速工况弱磁运行时,直流母线电压利用率不高,电机的效率与转矩输出能力较低。为此,提出了一种基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略。首先,以永磁辅助式同步磁阻电机的d-q轴等效电路为基础,推导了弱磁过程的电压和电流约束,证明弱磁控制提升电机调速能力的根本原因。其次,为充分发挥永磁辅助式同步磁阻电机高速运行下功率密度较高的优势,进而推导过调制算法。并将其应用于永磁辅助式同步磁阻电机的弱磁操作中,以实现更高的直流母线电压利用率。最后,通过仿真验证所提出方法的有效性。

基于参数辨识的永磁辅助同步磁阻电机电流无差拍控制

针对永磁辅助同步磁阻电机电感参数失配引起传统无差拍预测电流控制器受扰动的问题,该文提出一种电感参数自适应的无差拍预测电流控制方案。所提算法利用模型参考自适应系统对电感参数进行在线辨识,并将辨识结果代替控制器中的原始电感模型参数,以确保控制器的模型参数和电机实际参数相匹配,进而增强无差拍预测电流控制系统的鲁棒性。根据永磁辅助同步磁阻的数学模型,对电机本体进行了建模,以实现对所提算法的仿真验证。最后在以TMS320F28335控制器为核心的实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,当电机参数与模型参数不匹配时,所提算法相较于传统的无差拍预测电流控制算法在电流波动峰峰值、电流跟踪静差及系统鲁棒性方面都有明显的改善。

永磁辅助同步磁阻电机优化设计及试验

永磁辅助同步磁阻电机具有高效率、高功率密度、低维护需求等优点,在电机的电磁设计时,由于涉及的参数变量较多,如磁通密度、线圈匝数、永磁材料的选择等,尤其是在追求最大化效率和输出功率的同时,还需要考虑到成本、物料的可获得性以及设计的可行性。该文基于永磁辅助同步磁阻电机基本工作原理及结构估算模型,以提高电机额定工况下运行效率为优化目标,采用田口法对电机相关参数进行优化设计,并对优化后的结果与原始方案进行对比。测试结果表明,与原始设计相比,优化后的电机在效率、温升控制和输出扭矩方面均有明显改进,尤其是在高负载条件下,优化电机展现出更稳定的性能和更高的能效。研究结果旨在通过采用先进的设计方法和试验验证,为永磁辅助同步磁阻电机性能的优化提供相关参考和建议。

低转矩脉动永磁辅助同步磁阻电机转子结构优化设计

针对永磁辅助同步磁阻电机(PMA-SynRM)转矩脉动大的问题,提出了一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的PMA-SynRM多目标优化设计方法。首先,介绍了PMA-SynRM的基本结构与工作原理;其次,通过构建空气磁障、设计不对称辅助槽对PMA-SynRM转子结构进行改进;然后,通过灵敏度分析选出了对PMA-SynRM优化目标影响较大的参数,通过NSGA-Ⅱ进行多目标寻优,从生成的Pareto前沿中选择最优拓扑结构;最后,通过有限元软件,对优化后电机与初始电机的转矩性能进行分析。仿真结果表明,基于NSGA-Ⅱ优化后的PMA-SynRM其性能得到了显著提高。

永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动抑制研究

新能源车用永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动包含齿槽转矩、永磁转矩脉动及磁阻转矩脉动,各转矩脉动分量对电机转矩脉动均具有重要影响。分析了永磁辅助同步磁阻电机齿槽转矩、永磁转矩脉动及磁阻转矩脉动产生机理,以一台48槽8极新能源车用永磁辅助同步磁阻电机为研究对象,从转子结构入手优化电机转矩脉动;提出了优化永磁体张角、优化永磁体槽端部及开辅助槽来有效降低了转矩脉动。通过样机测试,验证了优化设计效果。

基于U型磁障转子永磁辅助磁阻电机参数化设计研究

针对U型磁障转子永磁辅助同步磁阻电机(PMA-SynRM),在定、转子设计方面进行研究。以设计的一台4极24槽小型PMA-SynRM为例,对比不同定子裂比、气隙长度下的电磁性能和转矩性能;提出U型磁障转子参数化设计模型及方法,研究U型磁障转子参数对PMA-SynRM交直轴电感差值、输出转矩、转矩脉动的影响。借助有限元分析法验证参数化设计分析合理性,发现利用参数化分析法对电机的电磁参数和转矩参数进行仿真分析时,转子的某一参数选取会出现最优值,可综合选取U型转子设计的最优方案,为同类型PMA-SynRM设计分析提供参考。

混合辅助同步磁阻电机转子拓扑分析与优化

针对内置永磁同步电机稀土永磁体用量较多以及铁氧体辅助同步磁阻电机易发生不可逆退磁的问题,提出采用铁氧体和稀土混合的方式,将铁氧体退磁严重的区域换成稀土永磁体,建立混合磁体辅助同步磁阻电机。考虑到该电机转矩脉动较大,优化参数较多,采用基于遗传算法和田口法相结合的多目标优化分析方法,以降低转矩脉动和提高平均转矩为优化目标,对电机转子结构参数进行优化。相比传统遗传算法,该多目标优化方法不仅提升了平均转矩、降低了转矩脉动和稀土用量,而且减少了计算量。利用样机进行负载转矩实验,实验实测值与有限元仿真值误差在5%以内,证明了有限元仿真分析结果的正确性。

永磁辅助磁阻发电机建压过程及短路故障运行

为解决传统永磁发电机短路故障时灭磁困难和开关磁阻类发电机电压波形差的难题,提出一种永磁辅助同步磁阻发电系统(PMSynRG)。建立该电机的数学模型,阐述其发电运行机理,并推导出带载时的稳态电压方程和三相短路时绕组交直轴短路动态电流方程。针对发电机带载时的自激建压过程进行数值仿真计算,得出自激建压曲线,验证发电机系统的建压能力。此外,针对三相短路故障进行数值仿真计算,验证了故障时三相电流小于额定电流的结论,同时还验证了三相短路时动态电流方程的正确性,证明了发电机系统具有较强的自我保护能力。最后,制作样机并完成了带载建压实验,实验结果与数值分析结果吻合度较高。

铁氧体永磁辅助同步磁阻电机多目标优化设计

铁氧体永磁辅助同步磁阻电机具有高效、高转矩密度、高性价比等优点,然而其转子结构复杂,多物理场综合优化设计困难。本文基于拉丁超立方采样方法,建立径向基函数神经网络代理辅助模型以考虑永磁辅助同步磁阻电机非线性、非周期性指标特性对优化效果的影响,再利用NSGA-II算法对电机电磁效率、转矩脉动和材料成本等进行多目标优化设计。基于该模型,以一台15 kW、1500 r/min的铁氧体永磁辅助同步磁阻电机为例,分析了转子肋宽、空气层占比等因素对电机转子强度、转矩等特性的影响,得到了以效率、转矩脉动、力学性能和成本综合性能最优的电机设计方法,为同类型电机设计提供重要参考。最后对铁氧体永磁辅助同步磁阻电机样机的效率、转矩进行实验测试,通过将优化设计结果和实验结果对比,验证了该优化设计方法的有效性和准确性。

新型永磁辅助同步磁阻直线电机设计

同步磁阻直线电机是一种通过次级侧在不同位置引起磁阻变化、产生磁阻推力的交流电机,具有成本低、耗能小、推力易于控制等优点,但存在凸极比低、推力小等不足。针对传统直线电机推力小、推力波动大、成本高等问题,采用磁路法建立磁路模型、有限元分析等方法,设计了一种新型永磁同步直线电机,相对传统电机性能有了很大提升,尤其对推力精度要求高的场景,该新型永磁同步直线电机应用范围会更加广阔。

永磁辅助同步磁阻电机的电磁和振动噪声优化

为保证电机振动噪声抑制效果,提高永磁辅助同步磁阻电机运行性能,现提出一套行之有效的永磁辅助同步磁阻电机振动噪声优化方法。首先,以“某电机电磁振动”为研究对象,根据电机振动、噪声分类和来源,运用电机径向电磁力解析方式,在各种磁场相互作用下,全面地分析电磁力阶数和频率。同时,运用有限元软件,科学设计定子槽口结构,从而保证电磁振动抑制效果。结果表明:本文所提出的永磁辅助同步磁阻电机振动噪声优化方法,具有较高的可靠性和可行性,通过运用该方法,可以有效地优化电机定子槽口、转子辅助槽,不断提高电机平均转矩,为保证电机振动与噪声抑制效果打下坚实的基础。希望通过这次研究,为相关人员提供有效的借鉴和参考。

大功率永磁辅助同步磁阻牵引电机磁极优化

永磁牵引系统是下一代轨道交通的发展方向,但高速惰行、带速重投和匝间短路等难题阻碍了永磁牵引的应用,永磁辅助同步磁阻电机是解决上述难题的最佳选择。总结了永磁辅助同步磁阻电机的设计方法,设计了3层U型磁障大功率牵引驱动电机,给出了各层磁障对应的极弧系数和磁障张角以及永磁体最佳尺寸比。提出用偏心气隙结合不均匀磁桥对磁极结构进行优化。发现气隙比为1.63时,抑制转矩脉动的效果最佳;而不均匀磁桥不仅可以降低转矩脉动,还使转子的机械强度得到提高。对所设计的380 kW永磁辅助同步磁阻牵引电机的分析表明,所提出的方法可有效地降低转矩脉动。

永磁辅助同步磁阻电机设计及其关键技术发展综述

永磁辅助同步磁阻电机(permanent magnet assisted synchronous reluctance motor,PMaSynRM)继承了永磁同步电机和同步磁阻电机的优点,既具有转矩和功率密度高的特点,又具备调速范围宽和性价比高的优点。因此,其在电动车辆,医疗器械、航空航天等领域具有广阔的应用前景。该文首先介绍PMaSynRM的工作原理,然后针对国内外对PMaSynRM已展开的研究工作,从电机机械应力、转矩脉动抑制和高容错性能设计等方面进行综述。最后,基于PMaSynRM的发展现状,对其未来研究的发展趋势进行展望。

切向结构永磁同步电机辅助磁极的优化

为了减少切向结构永磁同步电机转轴侧永磁体的漏磁,提高气隙磁密,在切向结构永磁同步电机中合理引入辅助永磁体。辅助永磁体相对于切向永磁体的位置有3种,其中以模型b,c较为合理,永磁材料用量适中,对气隙磁通的贡献大。随着辅助磁极永磁体厚度的增加,气隙磁密增加,当永磁体厚度增加到一定值时气隙磁密开始减小(模型b)或几乎恒定(模型c),即辅助永磁体存在一个合理的厚度,该厚度与电机的极对数有关。

同步磁阻电机分析与设计(连载之十二) 永磁辅助同步磁阻电机的设计研究

针对两层磁障的同步磁阻电机,分析磁障厚度比例对磁阻转矩的影响。进而在优化的同步磁阻电机中间磁障中插入永磁体形成永磁辅助同步磁阻电机,讨论此类永磁辅助同步磁阻电机的齿槽定位力矩、永磁转矩、磁阻转矩和抗退磁性能。最后对比了同步磁阻电机和永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性以及调速特性。

永磁辅助磁阻同步电机性能分析

为了准确分析永磁辅助磁阻同步电机的动态特性,针对永磁辅助磁阻同步电机本体,给出一种基于有限元建模分析方法。通过有限元建模分析得出其D-Q轴磁链、自感和互感等数据,利用这些有限元分析数据推导出永磁辅助磁阻同步电机的数学模型。在此基础上为了进一步提高永磁辅助磁阻同步电机的动态转矩响应,特别设计了具有电流反馈补偿的负载转矩观测器,并对其进行了研究和建模仿真。仿真结果表明,永磁辅助磁阻同步电机具有很好的动态性能。

永磁辅助无轴承同步磁阻电机优化及电磁分析

针对无轴承同步磁阻电机(BSynRM)功率因数和转矩密度都较低的缺陷,采用转子附加永磁体的永磁辅助无轴承同步磁阻电机(PMa-BSynRM)。首先介绍具有三层磁障转子的PMa-BSynRM的结构,在详尽阐述电机工作原理的基础上,数学模型由Maxwell张量法推导得出;其次以控制变量法为准则,开展对样机结构选型及参数设计的工作;然后利用有限元软件对PMa-BSynRM的电磁性能计算分析;最后搭建样机实验平台。仿真和实验结果验证了所设计的PMa-BSynRM对提高传统BSynRM的功率因数和转矩密度具有可行性与有效性。

永磁辅助同步磁阻电机振动噪声准解析计算及影响因素分析

提出一种永磁辅助同步磁阻电机振动噪声准解析计算方法,可分析电机不同转子拓扑结构对振动噪声的影响,节约计算资源。首先分析得出对电机振动噪声影响显著的电磁力时空阶次。其次在二维电磁场中,用麦克斯韦应力张量法计算得到永磁辅助同步磁阻电机的径向电磁力,并采用二维傅里叶分解方法对气隙中的电磁力进行时空分解,得到其各时间和空间阶次的谐波幅值,结合准解析计算程序计算电机的振动噪声并进行实验验证。最后对比分析了电机极弧系数、永磁体层数、永磁体充磁方向及形状等对电机振动噪声的影响,得到对振动影响最小的一种转子拓扑结构。该方法可推广到一般永磁辅助同步磁阻电机的振动分析,为永磁辅助同步磁阻电机的初始设计提供方法。