电动汽车轴径向混合磁通同齿极开关磁阻电机设计与分析

针对传统开关磁阻电机由于转矩脉动大、转矩密度低等缺点限制其在电动汽车驱动电机领域发展的问题,提出了一种新型电动汽车轴径向磁通分段转子开关磁阻电机结构。首先,阐述了新型电机的拓扑结构和工作原理。然后,根据功率方程给出主要设计参数。其次,选取4个结构参数,通过有限元进行正交试验矩阵分析,结合多目标影响程度的权重矩阵选取最佳的参数组合,进一步提高电机性能。最后,通过仿真实验对比和静、动态特性分析,分别验证了轴径向磁通分段转子开关磁阻电机模型的准确性和所提电机结构对于性能提升的有效性。

宽转子极无轴承开关磁阻电机径向力模型全周期拓展

针对单绕组宽转子极无轴承开关磁阻电机在定转子极非完全交叠区间的径向悬浮力模型空白、已有定转子极完全交叠区间径向悬浮力模型推导过程复杂且计算量大的不足,首先通过磁场有限元分析,分别确定了该电机在定转子非完全交叠区间和完全交叠区间的电磁场几何分布,计算了气隙磁密,再根据麦克斯韦应力法分别推导了这2个区间的径向力表达式,从而建立该电机在一个完整周期范围内的径向力数学模型,并通过与三维有限元计算结果的对比验证该模型的准确性。相比于利用等效磁路图推导径向力模型而言,该建模过程更简便,计算量也更小。全周期径向力模型的建立,不仅能为电机本体和控制器设计提供理论参考,还有助于提高该电机控制策略设计的灵活性,也可以提高与传统单绕组无轴承电机控制器的通用性。

宽转子无轴承开关磁阻电机的计及磁饱和径向力模型

针对无轴承开关磁阻电机现有的基于无磁饱和假设的数学模型只适用于未磁饱和工况的缺点,为宽转子单绕组无轴承开关磁阻电机建立了一种可以计及磁饱和影响的全周期径向力数学模型。首先依据该电机的磁场有限元分析结果,基于麦克斯韦应力法求出了径向力关于气隙磁密的表达式;然后对铁心材料的非线性磁化特性进行拟合,再根据该电机的等效磁路计算了计及磁饱和影响的气隙磁密;之后建立了该电机的径向力模型,并在对比分析了边缘气隙磁密和主气隙磁密对径向力的影响后,对所建径向力模型进行简化,以减小计算量和复杂度。最后利用三维有限元分析进行验证,结果表明所建径向力模型对该电机未磁饱和、部分磁饱和以及完全磁饱和工况均适用。计及磁饱和的全周期径向力模型的建立,可以为电机运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论参考。

宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机的设计与分析

针对开关磁阻电机存在转矩密度较低、转矩脉动较大的缺点,提出一种新型宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机。该电机采用并行式双定子结构,左右定子盘通过共享一个转子段保持短磁通路径,定子齿极为宽极和窄极交错排列,集中式绕组缠绕在定子宽极上,定子窄极上则不缠绕绕组,仅为磁路提供磁通路径。由于每个槽只放置一相绕组,使得绕组在磁、热和机械上的隔离程度更高,保证了电机的可靠性。该文首先介绍所提电机的拓扑结构和运行原理;根据功率方程设计了部分初始结构参数,利用有限元方法分析了尺寸参数对电机性能的影响,并利用田口算法对选取的4个关键尺寸参数进行了多目标优化,改进了电机性能;然后计算分析了所提电机结构的动、静态性能;最后,制造了样机,实验结果验证了所提电机结构的有效性。

基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计

轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度变化不一致,利用二维解析法分析该类电机会带来较大误差。该文利用准三维解析法对轴向磁通电机展开径向分层计算,确定电机转子关键位置处的磁链特性。在准三维解析法分析的基础上,利用准三维有限元方法对基于不同铁磁材料的模型进行了比较分析。研究结果和样机测试数据表明:基于有取向硅钢材料的轴向磁通开关磁阻电机定、转子磁极轴线对齐位置处的磁链值可以提高15%,准三维解析法的分层计算精度较高,对于电机初期设计而言,该方法的磁链分析误差从工程上认为是可以接受的。

基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机转子位置与径向位移检测方法

为提高无轴承开关磁阻电机(BSRM)的集成度和运行可靠性,探索无轴承电机的转子转角和径向位移的自检测方法,通过在BSRM非导通相的主绕组中注入高频脉冲信号,实现了同时检测转子的转角位置和径向位移的目的。一方面,利用绕组电流的斜率差值与绕组电感的关系,得到BSRM电感的实时分布信息,从而解算得到转子的实时转角位置。另一方面,通过检测悬浮绕组的感应电动势来获取主、悬浮绕组间的互感信息,利用互感与转子径向位置的关系,解算得到转子的实时径向位移。从而最终仅通过对主绕组注入一组高频脉冲来同时估测BSRM的转子转角和径向位移。实验结果证实了所提方法的有效性。

轴向磁通开关磁阻电机参数设计方法

轴向磁通开关磁阻电机的气隙面积与电机外径的平方成正比,与电机的轴向长度无关。相对于径向磁通结构的开关磁阻电机,采用轴向磁通结构能够有效增加气隙的面积,从而提高电机的输出转矩。针对单转子、单定子结构的轴向磁通开关磁阻电机,对提高其输出转矩特性的参数设计方法进行了研究。建立了三维有限元模型,对电机的电感特性和转矩特性进行了研究。最终得到了优化的定、转子齿形与尺寸,并确定了磁轭厚度。

新型分段定子开关磁阻电机转矩增强和径向力减小的分析研究

开关磁阻电机由于结构简单和启动转矩大等优点应用于许多领域,然而与永磁电机相比,其表现出较低的密度转矩和较大的振动噪声。文中提出一种新型分段定子开关磁阻电机,并在每个定子块两侧增设永磁体,构成分段定子混合励磁开关磁阻电机。首先介绍了拓扑结构和原理,磁路等效法证明了永磁体对气隙磁通加强作用,同时通过有限元仿真得出永磁体对转矩密度的影响并得出优化永磁体厚度。其次建立外转子齿顶开槽模型分析径向力减小的原理,同时对不同槽口宽度和深度模型仿真分析,得到优化尺寸。最后仿真表明,分段定子混合励磁开关磁阻电机的平均转矩提高了34.2%,转矩脉动下降了19.3%,定转子重叠区间的径向力波降低了12.5%,有效降低了径向力,改善了振动噪声。

考虑磁饱和的共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机径向力模型

无轴承开关磁阻电机一般工作在磁路饱和状态,其径向力解析模型的建立是实现稳定悬浮控制的基础。针对无轴承开关磁阻电机径向力的严重非线性问题,提出了一种用一次线性关系描述材料磁化特性的拟合方法,利用该方法针对一台共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机求取了气隙磁场强度,并利用麦克斯韦应力法推导了考虑磁饱和的全周期径向力解析模型。搭建了样机的有限元模型并进行了仿真分析,将仿真结果与线性模型、考虑磁饱和的径向力解析模型计算结果比较,验证了在大电流饱和状态下该模型的准确性。所建的径向力解析模型无需分段,即可在整个电机工作区计算电机径向力,将其应用于控制系统中具有计算速度快、通用性强的特点,为无轴承开关磁阻电机控制策略的研究奠定了理论基础。

转子结构对轴向磁通开关磁阻电机的影响分析

轴向磁通开关磁阻电机具有传统开关磁阻电机和轴向磁通电机的优点,能够适用于许多场合。考虑到工程样机装配过程中转子磁极的固定问题,在转子中引入凸台结构。研究了理想状态下轴向磁通开关磁阻电机定、转子极弧系数和转子厚度对电机性能的影响;在保证定、转子极弧系数和转子厚度不变的前提下,对引入的凸台结构进行分析,选取了最佳的凸台厚度和凸台宽度;利用有限元软件仿真对比了无凸台转子结构和有凸台转子结构的轴向磁通开关磁阻电机。研究结果表明:有凸台转子结构能够有效提高电机输出转矩,增强了转子结构的可靠性。

一种计及饱和与互感影响开关磁阻电机的磁通快速计算方法

开关磁阻电机(SRM)的电磁具有明显的非线性特征,传统异步电机的计算公式无法适用于开关磁阻电机的磁通,针对此问题提出了一种磁通快速计算方法。该方法以磁路模型为基础,同时考虑了磁路饱和及相间互感对磁通分布的影响。首先,通过求解磁路方程组,求得铁心各分段中的磁通、磁阻,进而求得磁链特性曲线。然后,分析了齿轭比参数对饱和特性及互感特性的影响,推导出轭部铁心先于齿部饱和的齿轭比临界值表达式。最后,以一台12/10结构的六相SRM为样机,将计算结果与有限元仿真结果进行对比,验证了方法的准确性。该方法降低了初期设计和分析过程中对有限元法和实验测量的依赖,有效提高了计算速度,减少了仿真成本。

基于定转子齿开槽的开关磁阻电机振动噪声抑制

振动噪声的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。根据麦克斯韦张量法理论分析了径向磁拉力减小的原理,通过在定子齿顶、转子齿两侧同时开矩形槽,增大了定转子间气隙长度的同时又将一部分沿径向方向的磁通密度改变为切向方向,减小了径向磁拉力,达到抑制电磁振动的目的。利用参数化扫描的方法,对开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,得出开槽尺寸,并对比分析开槽前后电机的径向磁拉力。运用Ansys Workbench模块分别对定转子齿开槽前后的电机定子进行模态、谐响应以及噪声分析,得到其模态固有频率、模态参与因子、振动响应频率以及声压频谱。分析结果表明:该方法有效减小了开关磁阻电机的径向磁拉力,改善了开关磁阻电机的振动和噪声。

轴向磁通开关磁阻电机的起动发电研究现状

介绍了轴向磁通开关磁阻电机的起动发电控制技术,其中包括轴向磁通开关磁阻电机调速系统的组成和轴向磁通开关磁阻电机的三种基本控制方法,即电压斩波控制、电流斩波控制和角度位置控制,指出轴向磁通开关磁阻电机在电动车辆、纺织工业、家电应用等领域良好前景。

开关磁阻电机径向电磁力解析建模及有限元分析

在考虑磁饱和与开关磁阻电机实际定转子极弧不等宽的前提下,结合麦克斯韦张量法和磁路法,推导建立一套能直接应用于开关磁阻电机定、转子极弧相等与不相等两种情况下的径向力的通用解析模型。该模型符合实际开关磁阻电机结构及运行特点,为开关磁阻电机结构优化设计、电磁振动和噪声的预测和控制提供了理论参考。以1台样机为例,将解析模型的计算结果与三维有限元分析结果进行了对比,验证了所建解析模型的有效性。

转子静态偏心开关磁阻电机径向力计算及补偿

推导了转子偏心时径向力计算模型,该模型考虑了磁饱和和边缘磁通,并与有限元计算结果进行了比较,验证了模型具有较高的实用价值.计算表明,转子偏心时径向力的大小与励磁电流和位置角的关系受磁饱和的影响呈非线性变化.偏心方向处气隙磁场饱和后,径向力会随着电流的增大而变小,当偏心反向处磁场亦饱和后,则转子受到的径向力合力趋近于0.针对转子偏心时作用在转轴上的较大径向力,提出了采用每极绕组独立控制,通过施加不对称电流法进行补偿,该方法理论上可使作用在转子上的不平衡力趋近于0.

磁悬浮开关磁阻电机径向位移自检测

针对传统位移传感器灵敏度容易受温度和电磁噪声干扰,增大电机体积和结构复杂度等问题,在研究磁悬浮开关磁阻电机转矩绕组和悬浮力绕组之间互感与转子径向位移非线性关系的基础上,研究了一种实用的转子径向位移自检测方法。具体做法是:将一高频测试电流注入转矩绕组,然后在悬浮绕组端电压中滤出由该测试电流引起的互感电压,解调后提取出直流部分,再经简单数学处理后即可得到转子的径向位移。该方法无需专用的位移传感器,简单易行,可以减小电机尺寸,并提高系统的可靠性。仿真及dSPACE平台的实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链,导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征,需要提出新的建模方法,揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题,该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析,明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势,提出“主-边磁路并行解析”策略,构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究,结果表明,建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性,实现稳定悬浮,进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。

磁悬浮开关磁阻电机径向位置解耦及仿真研究

在深入分析磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)径向力模型的基础上,针对BSRM径向位置两自由度上的相互耦合情况,采用反馈线性化方法进行了动态解耦,设计了解耦算法,并对解耦后的线性子系统进行了闭环设计。在Matlab7.0/Simulink环境下进行了整个径向位置控制系统的仿真建模。仿真结果显示,反馈线性化解耦可保证BSRM在径向两自由度上实现独立控制,且闭环系统具有良好的动、静态性能。

基于径向基神经网络的无位置传感器开关磁阻电机采煤机牵引系统

提出了无位置传感器SRM应用于采煤机牵引系统的可行性,分析了开关磁阻电机非线性的磁链特性及实时计算方法,建立了以磁链和相电流为输入、转子位置角度为输出的径向基(RBF)神经网络模型,以轴编码器实时获得的转子位置角度为学习样本,对SRM的数学模型进行了在线学习,给出了学习算法和训练步骤。以TMS320F2812 DSP为控制芯片,开发完成了1套18.5 kW三相12/8极无位置传感器开关磁阻电机样机,并进行了采煤机牵引实验。实验结果表明,系统运行可靠,具有良好的静动态性能,位置检测误差≤2°。

新型可变磁通磁阻电机振动和噪声研究与开关磁阻电机的比较(英文)

通过电磁和机械有限元方法计算并通过实验研究一种新型可变磁通磁阻电机的振动和噪声。这种新型电机使用与开关磁阻电机类似的定、转子冲片,但在定子侧放置一套直流励磁绕组;同时,用三相双极性桥式电路产生的正弦电流驱动定子电枢绕组。由于在二阶振动模态频率点附近的振动得到极大的降低,这种新型可变磁通磁阻电机所产生的振动和噪声得到了极大地削弱。实验证实相比开关磁阻电机,这种新型可变磁通磁阻电机在空载和负载下可以使声压级分别降低4dBA和8dBA。