轴向磁通切换永磁电机研究进展综述

轴向磁通切换永磁电机(ASFPM)结合了轴向磁通永磁电机与磁通切换电机的特征,凭借其轴向长度短、结构紧凑、功率高、转矩密度高、散热方便等优势,在电动汽车、电动飞机、风力发电等领域广泛应用。介绍了ASFPM电机典型拓扑结构,在电机设计与分析方法、齿槽转矩抑制技术、损耗与热性能分析与优化、控制技术、应用分析等方面对国内外研究现状及进展进行综述,并对该类电机当前的应用情况进行整理。基于ASFPM电机的研究现状,对未来的研究方向进行了探讨。

混合励磁轴向磁通切换永磁电机全速域无位置传感器控制

为了实现混合励磁轴向磁通切换永磁电机(hybrid excitation axial flux-switching permanent magnet machine,HEAFSPMM)全速域无位置传感器控制和提升低速区的运行性能,提出一种HEAFSPMM复合控制方法。该方法引入HEAFSPMM的励磁绕组,改进模型参考自适应算法,提高转子位置的估计精度和电机带载能力;对零低速域,采用脉振高频电压信号注入法实现电机快速起动和可靠运行;对过渡区采用加权平均值复合控制实现HEAFSPMM低速区的平滑切换。最后进行仿真和实验验证,结果表明所研究的无位置传感器复合控制方法能够实现电机全速域运行,并提高系统的带载能力和控制精度。

定子错位型混合励磁轴向磁通切换电机容错控制策略研究

定子错位型混合励磁轴向磁通切换(twisted-stator hybrid axial field flux-switching,TS-HAFFS)电机,具有轴向尺寸短、转矩密度大、调节范围宽、容错能力强等优点,适用于电动汽车驱动系统。为提高电驱动在系统故障状态下的运行性能,基于一台三相6/10极TS-HAFFS电机,提出一种基于恒定磁动势法的励磁绕组容错控制策略,并分别对电枢绕组容错策略和励磁绕组容错策略下TS-HAFFS电机控制系统进行仿真研究与实验验证。仿真与实验结果表明,单相绕组开路故障时2种方法均可维持电机转速、转矩基本不变,保证系统带故障运行的稳定性。相比于电枢绕组容错策略,采用励磁绕组容错控制的TS-HAFFS电机容错控制系统具有更广泛的应用场景和更好的系统性能,适用于电动汽车调速控制。

轴向磁通切换永磁电机双矢量合成模型预测磁链控制

为了减少轴向磁场磁通切换永磁电机(axial field flux-switching permanent magnet machine,AFFSPMM)的转矩和定子磁链脉动,提出一种磁链矢量跟踪误差最小化的双矢量合成模型预测磁链控制(two-vector synthetic model predictive flux control,TVS-MPFC)方法。首先,为了消除传统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)价值函数中的加权因子,推导TVS-MPFC的等效价值函数;然后,根据无差拍控制估算参考电压矢量;接着,在一个控制周期内,采用双电压矢量的控制方法来提高控制系统的稳定性,其中第一个电压矢量直接选定为有效矢量,而第二个电压矢量在有效矢量和零矢量之间进行选择;最后,根据磁链矢量跟踪误差最小化原理,确定所选电压矢量的占空比。通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,与传统MPTC和DB-MPFC相比,所提TVS-MPFC改善了AFFSPMM控制系统稳态性能,特别是在低速和超低速运行的工况下效果更明显。

浅谈磁通切换型轴向磁场永磁电机有限元计算

为了对磁通切换型轴向磁场永磁(AFFSPM)电机有限元计算过程中电机外围漏磁和剖分精度等问题进行研究,基于有限元计算结果,试制了一台三相12/10极AFFSPM电机样机,并对样机的感应电势进行实测。经过比较感应电势的计算与实测结果,得出在电机有限元模型外围加适当尺寸的虚拟空气罩来计及电机外围漏磁的处理方法是可行的;通过将不同剖分精度下参量的计算结果与其解析结果相比较,并综合比较其自身的变化趋势而得出的剖分精度能够满足设计需要,为AFFSPM电机的深入研究奠定基础。

轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统建模及仿真研究

提出了一种新型结构的6/13极定子模块式轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机。该电机具有结构紧凑、转矩密度大、效率高和容错性能强等特点。分析了AFFSPM电机结构和工作原理,推导了AFFSPM电机的数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了AFFSPM电机控制系统仿真模型,分别对滑模速度控制和比例谐振控制的控制策略进行仿真研究,分析对比AFFSPM电机的转速、转矩和三相电流的波形。仿真结果表明,与比例谐振控制策略相比而言,滑模控制策略下该新型AFFSPM电机控制系统具有较好的静态和动态性能。

基于改进布谷鸟算法轴向磁场磁通切换永磁电机优化设计

轴向磁场磁通切换永磁电动机是一种基于磁通切换原理的定子型永磁电机。它具有轴向尺寸短、转矩密度大、效率高等优点。为了减小涡流损耗与空载反电动势总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD),本文基于改进布谷鸟算法多目标优化设计AFFSPM电机。首先基于功率方程初始设计电机,接着通过改进后的布谷鸟算法对电机涡流损耗与空载反电动势THD进行优化。最后建立优化前后的电机三维有限元分析模型,对比分析优化前后电机的性能,结果证明该优化方法的有效性与正确性。本文提出的改进布谷鸟算法不仅能够快速实现全局寻优,而且可根据决策者偏好筛选最优解,求解精度和效率高。