集中绕组模块组合式定子结构对低速大功率永磁电机性能影响

针对集中绕组模块组合式定子结构对低速大功率直驱永磁同步电机性能的影响进行研究。首先介绍了模块化定子的分块规则和分块数。基于绕组函数法推导了单个定子单元模块在不同拆分方式下的绕组函数和电感表达式。基于有限元仿真先分析了仅绕组分块对电机性能影响;然后分析了冲片和绕组都分块对电机性能影响。通过对比空载和负载性能,总结出各种定子模块化拆分方案的优缺点,为大功率低速直驱永磁同步电机的模块化设计与制造建立了基础。

永磁同步电机扁线6层定子绕制嵌线技术研究

驱动电机关乎着汽车的动力性能和能源转换效率,永磁同步扁线电机因其大扭矩、恒功率、强磁场等优势逐步成为新能源汽车的首选。文章通过分析扁线多层电机的性能参数,以永磁同步扁线6层定子电机为例,采用叠绕组和波绕组两种绕制方式展开绕组绘制图,对6层定子绕组接线方式进行了细致分析,得出叠绕短距绕制时节省端部用铜,但引接线比较杂乱且最后线圈嵌线较困难;波绕组虽引接线整齐美观,但短距绕制时不能节省端部用铜量,据此解读了扁线电机定子绕组的嵌线技术,力求解决职业院校教学中的难点和汽车维修技术上的难题。

基于补偿绕组的永磁直线同步电机推力波动研究

为抑制永磁直线同步电机的推力波动,提出了一种引入补偿绕组的永磁直线同步电机,具有推力波动低、推力损失小等特点。首先,以12槽14极永磁直线同步电机为对象,优化端部齿参数降低了定位力基波幅值;其次,采用端部力补偿绕组削弱了定位力的二次谐波;再次,采用相补偿绕组较大程度上平衡了三相反电动势。有限元仿真结果显示,在额定负载条件下,引入补偿绕组的结构的推力波动率与优化前相比下降了28.51%,且推力保持不变,验证了其有效性。

基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型

针对相绕组为基本单元的永磁同步电机定子绕组短路故障数学模型,存在故障空间位置影响无法计及、不同短路故障需要重新建模,且无法研究健康状态时线圈对电机性能的贡献等问题,该文提出一种基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型(APM)。首先,将每个线圈分割为多个线圈子单元,分别建立各子单元的电压、阻抗和空载反电动势等物理量的矩阵方程,利用基尔霍夫电压定律建立所有子单元的电压方程,建立电机的电磁功率和转矩方程。其次,利用有限元法和拟合法建立考虑槽内空间位置关系的线匝电感矩阵,通过矩阵变换得到计及位置信息的子单元电感矩阵。然后,在Matlab/Simulink中建立APM的仿真模型和图形化界面,通过修改抽头编号及图形化界面中短路电阻模块的连接位置,计算电机健康和不同类型定子绕组短路故障下的电磁特性。最后,有限元仿真和实验结果验证了模型的正确性和准确性,表明APM不仅可以精细地分析健康状态时线圈对电机性能的贡献,也可以高效、准确地分析线圈内部不同位置短路故障对电机性能的影响。该文研究可以为永磁同步电机的设计、故障诊断和容错控制提供依据。

定子励磁型混合磁路直线旋转永磁电机磁路设计与实验研究

针对智能装备系统直线与旋转两自由度驱动需求,提出定子励磁型混合磁路直线旋转永磁(statorexcitedhybrid magnetic circuit linear and rotary permanent magnet,SEHMCLRPM)电机,采用轴向和径向双凸极齿结构,轴向直线运动与径向旋转运动磁场共用定、转子磁路。永磁体设置在定子上,动子上既无绕组也无永磁体,动子结构简单坚固,重量轻,具有转矩惯量比高、动态响应速度快、可靠性高等特点;定子同时设置有直线与旋转两套绕组,直线和旋转运动控制独立,降低两自由度驱动控制的复杂度。分析该类电机的运行原理和结构特点,探讨混合磁路特征,构建该类SEHMC-LRPM电机的解耦等效磁路模型,实现该类电机的磁路设计。在此基础上,基于3D有限元方法分析混合磁路与两自由度耦合磁场,揭示两自由度磁场与电机磁场分布、空载和负载特性的关系。最后,加工制造样机,并进行实验研究,验证该电机结构的有效性和理论分析的正确性。

中速磁浮无铁心永磁直线同步电机的结构优化

中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组沿轨道长距离铺设,使电机效率进一步降低。为了提高电机性能,在IPMLSM基本结构的基础上,提出一种新型永磁体装配结构,可提升电机推力密度;并根据长定子IPMLSM绕组的特点,优化绕组导体截面,获得适用于中速磁浮列车IPMLSM定子绕组导体的宽与高之比,进一步提升电机的推力密度。最后,制作IPMLSM小型样机实验装置,对比实验结果验证了所提改进结构的优越性。

高频电流注入单绕组无轴承磁通切换电机悬停及启动过程的无径向位移传感器控制

无轴承电机在悬停及启动过程始终需要保持稳定悬浮,准确获取转子径向位移信息是控制转子稳定悬浮的关键,传感器的使用易受环境影响,降低系统可靠性,并且增加系统成本。针对电机悬停及启动过程,提出一种基于高频电流注入的无径向位移传感器控制方法。首先,基于电机电感数学模型,建立当转矩平面注入高频旋转电流信号后,空间对称绕组中有效高频偏差电势幅值与转子径向位移的关系;接着,利用线性正弦跟踪器提取有效高频偏差电势幅值;然后,基于上述电势幅值与转子径向位移关系,构建转子径向位移观测器;最后,将观测位移与自抗扰控制策略相结合,构建高性能的无径向位移传感器控制策略。理论分析与实验结果验证所提方法的有效性。

基于精确线性化解耦的永磁同步电机空间矢量调制系统

从永磁同步电机的定子磁链模型出发,应用精确线性化理论,实现永磁同步电机输入输出线性化与解耦。将永磁同步电机动态解耦成二阶线性转速子系统和一阶线性磁链子系统,结合磁链扇区判断方法和线性化解耦后的实际系统输入来确定目标空间电压矢量,实现了永磁同步电机调速系统的转速和磁链动态解耦控制。仿真和实验结果表明,基于精确线性化解耦的永磁同步电机空间矢量调制系统具有理想的速度跟踪性、良好的鲁棒性和低速性。

多种群遗传算法在无铁心永磁直线同步电机优化设计中的应用

为了同时实现应用于步进扫描投影光刻机中的长行程直线电机的高推力密度、低推力波动和低铜损耗,提出了基于多种群遗传算法(multiple population genetic algorithm,MPGA)的环形绕组形式无铁心永磁直线同步电机(air-corepermanent magnet linear synchronous motor,ACPMLSM)多目标优化设计方法。在建立磁场分析模型的基础上,推导了关键参数的解析表达式。以永磁体、环形绕组的尺寸为变量,以推力体积比、电机常数和推力波动为优化目标,提出了基于权重系数的多目标优化函数,应用搜索能力强、收敛速度快的多种群遗传算法优化电机的结构尺寸。结果表明,在不同的权重系数下,MPGA得到的电机优化设计结果与设计目标具有良好的一致性。有限元仿真和实验结果证明了所提方法的有效性和可行性。

分数槽集中绕组永磁同步直线电机磁场解析计算

分数槽集中绕组永磁同步直线电机(Fractional-slot Windings Permanent Magnet Synchronous Linear Motors,FW-PMSLM)采用端部不重叠的集中绕组,具有磁阻力小、推力波动小、端部绕组短、用铜材料省、损耗小等优点,适合于长行程、高精度驱动场合。本文以15槽16极FW-PMSLM为例,考虑电枢电流分布函数和永磁体电流密度等效,建立分层解析模型。运用傅氏级数法推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式,分析FW-PMSLM电枢磁场和励磁磁场的分布。针对传统卡氏系数法在计算FW-PMSLM磁场的不足,提出采用分布卡氏系数函数来计及铁心开槽对分数槽电机磁场的影响,将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证本文所提分布卡氏系数函数法解析求解FW-PMSLM磁场的有效性。利用该方法分析不同极弧系数、不同初级齿宽以及不同气隙长度时的电机推力以及这些因素对推力解析计算精度的影响,利用不同气隙下的实验结果验证推力解析计算精度。为分数槽永磁直线电机的工程计算和优化设计提供依据。

高推力永磁游标直线电机的开放式绕组SVPWM控制

提出了基于高推力永磁游标直线电机的开放式绕组空间矢量脉宽调制策略。对双逆变器开放式绕组拓扑结构展开分析,建立空间电压矢量的数学模型。基于现有的两电平逆变器,对双逆变器系统的两边逆变器进行独立分析,将电压矢量组合得到各空间电压矢量对应的开关状态。空间矢量平面被划分为6个子六边形区域,在子六边形内将参考矢量分解为两部分,一部分由一边逆变器钳位于固定开关状态提供,另一部分由另一边逆变器在对应子六边形中调制得到。最后,通过仿真与实验验证了该方法的正确性。

基于磁场能量摄动法的多段永磁直线电机段间电感参数的研究

铁心连续分段式永磁直线电机的单段定子包括动、定子耦合区域与未耦合区域,其中未耦合区域为半开域磁场。本文从单段定子的区域磁场特征分析入手,分别进行齿槽效应等效、半开域磁场边界确定等求解问题的处理,通过积分获得区域磁场储能并将其函数化,由端部补偿储能等效求取三相互感的不对称分量,进而基于能量摄动法获得分段永磁电机在段间过渡时增量自感及互感的变化规律;同时分析不同定、动子长度比对段间动态电感的影响规律。最后通过有限元及di/(dt)实验法验证解析结果的有效性。

轴向磁通飞轮电机印刷电路板定子绕组设计

针对卫星姿态控制用反作用飞轮小型化的要求,设计了采用印刷电路板(PCB)定子绕组形式的轴向磁通反作用飞轮系统,并研究了PCB定子绕组的布线形式。根据系统设计方案和工艺的要求,采用理论分析与有限元仿真相结合的方法,研究了螺旋形绕组的反向转矩产生机理,对比分析了螺旋形和波形PCB定子绕组对飞轮驱动电机性能的影响,并分别对采用两种形式定子绕组的飞轮样机进行了地面性能测试。试验结果表明,飞轮工作在额定转速5 000r/min时,采用波形定子绕组比采用螺旋形定子绕组时的电机功耗降低了26.2%,电磁效率降低了0.8%。试验结果验证了理论分析与仿真结果的正确性,为PCB定子绕组型轴向磁通永磁电机的工程化应用提供了参考。

基于电动汽车驱动的双定子永磁无刷直流电机绕组换接运行分析

基于电动汽车驱动系统的要求,本文分析了双定子永磁无刷直流电机的结构特点,提出采用绕组换接的方法可使该电机具有宽广的运行范围,且在整个运行范围内具有较高的综合运行效率。首先给出了双定子永磁无刷直流电机适合于电动汽车驱动的结构原理,然后专门设计了一台电动汽车驱动用双定子永磁无刷直流电机,通过绕组换接拓展了其转速范围,经过有限元仿真和样机实验确定了电机在不同运行状态下绕组连接方式的的选择原则,最后给出了双定子永磁无刷直流电机绕组换接的方法和换接电路,分析了其换接过程,并通过有限元仿真验证了这一方法的可行性。

多定子永磁直线同步电机绕组切换故障特性研究

针对多定子永磁直线同步电机(PMLSM)运行过程中绕组切换故障可能引起的失步问题,研究了绕组切换故障特性。在分析PMLSM推力功角特性的基础上,研究了频率对稳定运行区间的影响规律,建立了考虑出入端效应的多定子PMLSM推力模型,研究了绕组切换故障对稳定性的影响规律,利用样机进行了实验研究,得到了一台及两台绕组切换故障时,电机运行频率、运行方式对运行特性的影响规律。研究结果表明:低速PMLSM的电阻效应不能忽略,动子所受正向推力作用空间变小,负向推力作用空间增大。相同数量的绕组失电,提升运行时较易失步。失电绕组越多,剩余电机承担电流越大,越易引起失步。

永磁直线同步电机暂态建模及起动过程仿真

提出一种建立永磁直线同步电机(PMLSM)暂态数学模型的方法;采用电机绕组函数理论导出PMLSM三相绕组函数;基于对电机暂态过程气隙磁力线形状的假设,提出初、次级复合气隙磁导系数函数和瞬时电感表达式,建立了PMLSM的暂态数学模型,并对电机的起动过程进行了仿真.该模型较好地考虑了开槽效应、电感参数随电机动子位移及初始位置的变化、端部半填槽等因素.对凸极式永磁直线同步电机及其它电机同样适用.

定子磁链提前换相增加直线永磁无刷直流电机的推力

电磁弹射用直线永磁无刷直流电机在高速时,因换相时间过长而导致平均推力跌落明显,需要实施提前换相来提升推力,而已有的提前换相方法或者算法复杂,或者严重依赖电机参数。提出一种用定子磁链矢量实施提前换相的方法。该方法无需实时计算提前换相角,只依赖相电阻一个参数。利用磁链空间矢量间的相位关系解释了该方法的提前换相原理,通过提前换相角的解析表达式说明了该方法具有提前换相角可随相电流自动调节等控制性能,最后给出了换相实施方案。仿真和实验结果表明,所述方法可顺利实施换相,且可有效提升电机的输出推力。

绕组分段永磁直线电机切换位置传感器故障诊断及容错控制

绕组分段永磁直线同步电机绕组切换过程中位置传感器信号的丢失,将导致电机速度剧烈波动,引起电机失步。针对以上问题,提出一种切换位置传感器故障诊断及容错控制方法。设计了绕组切换位置检测方法,研究了位置接近开关传感器的故障类型及信号特征,利用动子的运行速度及相邻的位置传感器信号进行传感器状态预测,并结合相邻传感器的边沿触发顺序及传感器状态预测值进行故障诊断。当检测到位置传感器故障时,隔离发生故障的传感器,采用估计值替代故障传感器输出驱动信号,可靠切换绕组分段永磁直线同步电机定子绕组,实现传感器容错控制。利用绕组分段永磁直线电机无绳提升系统进行了实验研究,研究结果表明,当增大传感器间隙,模拟传感器信号丢失故障时,电机定子绕组仍能可靠切换,电机速度运行平稳,该位置传感器故障诊断与容错控制方法可以满足绕组分段永磁直线电机切换控制实时性和可靠性要求,实验结果证明了其可行性和有效性。

OW式永磁直驱风电系统不连续脉宽调制

针对中压永磁直驱风电系统(PMSG)运行中存在的电流脉动问题,提出一种OW式永磁直驱风电系统不连续PWM调制方法。建立了OW双逆变器PMSG驱动系统等效开关模型,阐明了解耦PWM调制电流脉动问题的本质原因,引入"有效时间"概念,通过合理地偏移有效电压矢量作用时间,解决了PMSG机侧定子电流脉动问题,实现了PMSG变流器发电品质的优化提高。最后,基于110 kW风力发电对拖试验平台对所提OW PMSG不连续PWM调制方法进行性能验证,验证了该方法对优化PMSG并网电能品质的有效性。

基于电流误差矢量的绕组分段永磁直线同步电机电流预测控制

为了在不降低电机的推力平稳性的前提下,使直线电机具有大推力、高效率的特性,提出了绕组分段永磁直线同步电机。该电机的定子铁心连续,而初级绕组断开,推导了该电机的离散系统模型。通过电流误差矢量的定义与价值函数的选择,阐明了基于电流误差矢量的电流预测控制方法的原理。针对绕组分段结构的特点,将动子运动区域分为5个子区间,并介绍了不同区间中各段电机电流预测控制方法的实现。实验结果表明,系统电流控制的动态响应特性良好,且动子能够顺利经过共用区。