Electromagnetic Performance Analysis of Variable Flux Memory Machines with Series-magnetic-circuit and Different Rotor Topologies

In this paper,the electromagnetic performance of variable flux memory(VFM)machines with series-magnetic-circuit is investigated and compared for different rotor topologies.Based on a V-type VFM machine,five topologies with different interior permanent magnet(IPM)arrangements are evolved and optimized under same constrains.Based on two-dimensional(2-D)finite element(FE)method,their electromagnetic performance at magnetization and demagnetization states is evaluated.It reveals that the iron bridge and rotor lamination region between constant PM(CPM)and variable PM(VPM)play an important role in torque density and flux regulation(FR)capabilities.Besides,the global efficiency can be improved in VFM machines by adjusting magnetization state(MS)under different operating conditions.

Recent Advances in Variable Flux Memory Machines for Traction Applications: A Review

This paper overviews the recent advances in variable flux memory machines(VFMMs)for traction applications with particular reference to newly emerged machine topologies and related control strategies.Due to the use of flux memorable low coercive force(LCF)magnets,the air-gap flux of VFMM can be flexibly varied via a magnetizing current pulse.Thus,the copper loss associated with the flux weakening current and high-speed iron loss can be significantly reduced,and hence high efficiency can be achieved over a wide speed and torque/power operation.These merits make VFMM potentially attractive for electric vehicle(EV)applications.Various novel VFMMs are reviewed with particular reference to their topologies,working principle,characteristics and related control techniques.In order to tackle the drawbacks in the existing VFMMs,some new designs are introduced for performance improvement.Then,the electromagnetic characteristics of an exemplified EV-scaled switched flux memory machine and various benchmark traction machine choices,such as induction machine,synchronous reluctance machines,as well as commercially available Prius 2010 interior permanent magnet(IPM)machine are compared.Finally,the key challenges and development trends of VFMM are highlighted,respectively.

新型双定子双凸极可变磁通记忆电机设计与性能比较

结合双凸极结构、双定子和混合永磁体的特点,提出了三种新型双定子双凸极可变磁通记忆电机(DS-DSVFMM)。通过采用高矫顽力和低矫顽力两组永磁体,实现了电机的高转矩密度和在线调磁功能。为了充分利用电机的内部空间,高矫顽力和低矫顽力永磁体以及调磁绕组都被放置在内定子中。建立该电机的简化等效磁路模型,并分析其磁通调节原理和特性;对三种不同结构DS-DSVFMM的调磁能力、负载转矩和抗退磁性能进行了研究和比较。对T形DS-DSVFMM进行加工和测试,并通过实验验证了该电机结构及其有限元分析的正确性。

变磁通记忆电机非线性模型与调磁电流脉冲轨迹优化研究

变磁通记忆电机(VFMM)克服了传统永磁同步电机(PMSM)气隙磁场不可调节、调速范围受限等缺点,可根据运行工况需求实时地在线调节气隙磁场,具有全域高效运行的优势。该文针对一台混联磁路型VFMM(HMC-VFMM)磁路复杂及非线性强等问题,研究非线性模型的建立及调磁电流脉冲轨迹的优化。首先,测试磁化曲线、电枢磁链特性与电感特性,建立VFMM的非线性模型,以实现电机特性的精确描述;其次,分析正弦型电流脉冲轨迹与所需电压变化特性,并基于此提出一种非对称电流脉冲轨迹与优化方案,在实现充去磁的同时,降低调磁过程产生的损耗;再次,为实现调磁电流的精确控制,基于上述非线性模型,提出一种基于实测参数的前馈电流控制器;最后,通过实验验证所提电流控制器的有效性以及理论分析的正确性。

记忆电机的研究综述及最新进展

记忆电机利用铝镍钴(aluminum-nickel-cobalt,AlNiCo)永磁材料的高剩磁、低矫顽力特性,通过施加瞬时的充去磁电流脉冲来改变永磁体磁化状态,以实现高效的在线调磁,被认为是一种真正意义上的可变磁通永磁电机,非常适于电动汽车、高速机床和飞轮储能等领域的应用。根据施加脉冲调磁电流的方式,记忆电机可以分为交流脉冲调磁型和直流脉冲调磁型两大类。该文分析并总结了现有记忆电机的结构特点、工作原理和各自的优缺点,阐述了记忆电机的关键共性问题,并针对现有记忆电机存在的不足,提出了一类磁通切换型记忆电机。该类电机具有感应电动势波形正弦、气隙磁通易于调节、定位力矩和转矩脉动小和容错能力强等优点,通过在线调磁与驱动的协调控制,可以使之适用于高精度宽调速伺服应用。该文对记忆电机的理论研究与工程应用具有一定的参考价值。

变磁通记忆电机磁化特性分析

该文采用磁滞模型与有限元分析结合的方法分析变磁通记忆电机磁化性能。通过研究铝镍钴永磁材料磁化特性,建立一种新型的磁滞模型,可计算出施加任意直轴电流脉冲下铝镍钴永磁体的磁化曲线方程,并给出变磁通记忆电机充退磁有限元分析方法。基于磁滞模型和有限元仿真结合的方法,研究了充磁过程中电机的磁场分布,以及电枢电流和转子位置对铝镍钴永磁体磁通密度的影响,以减小电机的最大充磁电流及充磁时间,进而降低电机充磁损耗并获得最佳充磁性能。并在考虑铝镍钴永磁体磁化程度不均匀的情况下,计算了不同充磁电流作用后电机的空载反电动势、气隙磁通密度以及充退磁特性曲线,评估了变磁通记忆电机的磁化性能。最后设计并制作了一台样机进行了实验验证,实验结果与有限元分析结果较为吻合。

新型双齿可变磁通记忆电机电磁性能分析

针对传统可变通记忆电机(variable flux memory machine,VFMM)电磁转矩性能低的问题,提出了一种新型双齿可变磁通记忆电机。首先介绍了新型双齿VFMM的拓扑结构和工作原理;随后应用2-D有限元分析方法,对比分析了新型双齿VFMM与传统单齿VFMM在低矫顽力(low coercive force,LCF)永磁体处于不同磁化状态下的空载特性,并对比了增磁状态下的电磁转矩;最后分析了双齿VFMM的转矩/转速和功率/转速特性。相对于传统单齿的可变磁通记忆电机而言,双齿可变磁通记忆电机的调磁系数增加了1倍多,相同电流下的电磁转矩提高了21.8%。结果表明:新型双齿VFMM具有良好的调磁性能和较大的输出转矩能力。