Comparative Study of Linear Variable Flux Reluctance Machine with Linear Wound Field Flux Reversal Machine

As members of doubly salient magnetless linear machines,linear variable flux reluctance(LVFR)and wound field flux reversal(LWFFR)machines inherit the merits of conventional magnetless linear machines such as low cost,high flux adjustment capability and high reliability.Furthermore,like linear switched reluctance machine,they have a very simple and compact long secondary,which are very attractive for long stroke applications.However,low force capability is their major defect.To solve this issue,new LVFR and LWFFR machine topologies were proposed in recent work,while lacking studies on their force improvement mechanism and further force evaluation.In this paper,LVFR and LWFFR machines with improved force performance are comparatively studied with the emphasis on their force capabilities.The operation principle of the two machines is analyzed based on magnetic field harmonics produced by flux modulation.Contributions of air-gap flux density harmonic components to no-load back electromagnetic forces of the two machines are analyzed and the average force equation is derived.Moreover,force capabilities of the both machines are investigated by means of the time-stepping finite-element analysis to verify the theoretical analysis.

磁通反向式永磁电机性能计算与转矩脉动削弱措施研究

为提高磁通反向式永磁电机的转矩密度,提出了两种分布式绕组拓扑结构。基于子域法建立的解析模型,计算对比了采用不同绕组拓扑结构时电机的磁场和电磁性能,结果表明两种分布式绕组结构均可大幅提高电机的能量密度。分析了永磁体宽度、同一齿上永磁体间夹角和转子槽宽等电机结构参数对转矩脉动的影响,通过合理的选择结构参数,可在保持平均转矩不变的情况下,显著减小电机转矩脉动。设计制造了一台6/8极结构样机,通过有限元法和实验对解析模型进行了验证。结果表明,所提方法能够体现结构参数和电机性能之间的关系,计算速度快,特别适用于电机的初始设计和优化计算。

横向磁场磁通反向直线电机的设计与分析

提出一种横向磁场磁通反向结构的直线电机。相对于传统横向磁场直线电机,该电机具有紧凑结构,提高了电机内部的空间利用率。同时,采用将永磁体置于电机初级齿上的结构,次级仅由铁心组成,使得次级加工安装更加方便,对于长行程应用场合还能大幅降低系统成本。首先,文中阐述了该电机的基本结构和运行原理;其次,通过采用将永磁体等效为磁化电流,次级铁心调制电枢磁场的方法推导了电机的电磁推力及电磁推力密度的表达式;然后,通过三维有限元法对电机的几何结构尺寸进行了优化;最后,研制了一台样机,测得了样机的反电势与静推力。理论分析与实验所得结果吻合,验证了理论分析的正确性。

削弱反磁通电机齿槽转矩的两种新方法

由于定子上永磁体的存在和定转子双凸极齿槽结构,反磁通电机不可避免地存在齿槽转矩,齿槽转矩会引起电机的振动和噪声问题,对于低速运行和要求平稳运行的场合不容忽视,严重时甚至会影响电机的正常运行。本文提出削弱反磁通电机齿槽转矩的两种新方法:转子分段法和定子极弧宽窄成对加转子分段法,通过电磁场有限元分析,证明这两种方法在基本不影响反磁通电机感应电动势的前提下,很好地削弱了齿槽脉动转矩。这两种方法制造工艺简单可行。

磁通反向电机的变网络等效磁路模型

磁通反向电机(Flux-Reversal Machine,FRM)是一种新型双凸极永磁电机,当前对FRM的研究大都基于有限元分析法进行,但该方法在分析速度和使用的方便性上尚不令人满意。本文基于变网络等效磁路法分析FRM,建立了FRM的变网络等效磁路模型,推导了气隙磁导计算公式,并用节点磁位法得到FRM的非线性等效磁路方程,通过求解该方程,对电机的绕组磁链、空载感应电动势、电感等静态特性进行了分析计算。实验结果表明了所述理论和方法的正确性和有效性。

一种新型的双凸极永磁电机

本文介绍一种新型双凸极永磁电机———磁通反向电机 (FRM)。该电机的永磁体放置在定子齿的表面 ,永磁体安装简单且适于高速运转 ;定子集中绕组中的磁通呈双极性变化 ,其功率密度比传统的DSPM电机要高。文中对其基本结构。

基于田口法的磁通反向电机的优化设计

磁通反向电机是一种新型双凸极电机,具有广阔的应用前景。本文推导了正弦交流供电方式下,三相FRM的电磁功率和主要尺寸之间的关系,结合已有设计经验确定了一台450 W三相FRM的基本尺寸。在此基础上,文章以电机输出转矩最大化和转矩脉动最小化为优化目标,采用田口法对选定的优化参数设计了正交试验,分析了各优化参数对优化目标的影响,从而确定了优化方案。有限元仿真结果验证了该方法的有效性。

磁通反向直线旋转永磁电机三维非线性等效磁路模型分析

该文通过在三维磁路结构中增加可变磁阻单元,建立磁通反向直线旋转永磁电机的三维非线性等效磁路模型,首先采用磁节点法推导此电机定子、动子的磁阻表达式;其次采用二维有限元法确定可变磁阻单元磁阻的变化规律,其磁阻值随动子的直线和旋转运动位置的不同从0到无穷大周期性变化;然后采用分割的方法推导电机气隙磁导的表达式;最后通过迭代的方法对其空载气隙磁通密度等电磁特性进行计算分析,与三维有限元法相比,计算时间大大降低。此模型可以将定子铁心材料的饱和、永磁的局部漏磁、极间漏磁考虑在内,其反电动势、齿槽转矩/直线定位力的计算结果与三维有限元法和实验测量的结果基本保持一致,验证了此等效磁路模型的正确性和有效性。

磁通反向永磁电机的定子绕组电阻不平衡故障程度定量估算研究

针对定子绕组电阻不平衡(SWRI)故障检测和故障程度估算问题,提出一种基于零序电压(ZSVC)和定子电流的磁通反向永磁(FRPM)电机的定子绕组电阻不平衡故障程度估算方法,有助于安排合理的维修计划。首先,利用零序电压和定子电流与附加电阻的关系,建立关于附加电阻的二元二次方程组;然后,通过求解二元二次方程组得到附加电阻值,并利用得到的附加电阻值实现定子绕组电阻不平衡故障程度估算;最后,在磁通反向永磁电机仿真和实验平台上进行算法验证,仿真和实验结果表明了所提出的故障程度估算方法的有效性和鲁棒性。

一种减小磁通反向电机齿槽转矩的新方法

磁通反向式电机定转子为双凸极结构,定子凸极上粘贴两块充磁方向相反的永磁体,齿槽转矩比较大。提出一种转子凸极大小齿相间布置、转子分成等长两段且两段空间错开一个转子齿距的结构,以削弱齿槽转矩。通过电磁场有限元分析,证明这种方法能很好地削弱齿槽脉动转矩,而且制造工艺简单。

一种新型单相磁通反向电机磁场调节分析

针对传统2/3极单相磁通反向电机磁场调节困难的问题,在电机定子轭部开槽增加一组交流励磁补偿绕组来调节磁场。借助于有限元仿真,对比研究该电机空载情况下采用3种不同剩磁感应强度的永磁材料,转子在电枢绕组交链磁通最大位置时的磁力线分布、在不同幅值的交流励磁电流下的气隙磁密和电枢绕组交链磁通的变化,以及电机电枢绕组中感应反电动势。

磁通反向汽车发电机的电磁设计与研究

磁通反向电机(Flux-Reversal Machine,以下简称FRM)是一种新型双凸极永磁电机[1,2]。本文对磁通反向汽车发电机进行了理论分析和设计,用C语言编写了磁通反向汽车发电机的计算机辅助设计程序,调试出多个满足性能指标的方案,该程序结构合理,通用性较好。对限定尺寸的磁通反向汽车发电机和电励磁式汽车发电机的输出功率作了对比。

磁通反向电机的发展及研究概况

介绍一种新型双凸极永磁电机——磁通反向电机(FRM)。该电机的永磁体放在定子齿表面,永磁体安装简单且适于高速运转;定子集中绕组中的磁通呈双极性变化,其功率密度比传统的双凸极永磁电机(DSPM)要高。简单介绍该电机的工作原理和特点,概述该电机的发展和研究概况。

圆筒型反向式横向磁通直线电机定位力补偿二阶自抗扰控制器位置控制

为减小定位力、摩擦力及负载等扰动对圆筒型反向式横向磁通直线电机(TRTFLM)位置控制性能的影响,提出一种定位力补偿二阶自抗扰控制器(ADRC)。首先,给出该电机的基本结构与运行原理,并对其定位力产生机理、数学模型及谐波分量进行分析;其次,基于该电机的数学模型,将位置环与速度环进行并联设计,构建位置环二阶ADRC,提高了TRTFLM位置控制的抗扰性能及跟踪性能;在此基础上,将定位力模型嵌入至扩张状态观测器(ESO)中,实现对二阶ADRC的优化,进一步提高了位置控制跟踪性能;最后,实验表明该控制方案的可行性和有效性。

轴向模块化磁通反向电机运行机理研究

定子永磁型磁通反向电机具有高可靠性、宽调速范围等优点,但由于双凸极结构,其齿槽转矩较大,转矩脉动难以抑制。因此,该文提出一种轴向模块化磁通反向电机,采用环形绕组与轴向模块化结构,具有高转矩密度、低转矩脉动的特点。基于气隙磁场调制理论,从永磁磁场、电枢反应磁场、电磁转矩3个方面阐明该电机的运行机理,研究轴向模块化磁通反向电机磁链谐波抵消原理与齿槽转矩抑制机理。对比分析轴向模块化磁通反向电机与传统磁通反向电机的转矩特性、过载能力和调速范围等电磁特性,验证该类电机在转矩密度与转矩脉动等方面的优势。最后,仿真分析与样机实验结果验证理论分析的正确性。

LED对MM和HBM静电放电敏感性的研究

为研究机器模式(MM)及人体模式(HBM)静电放电试验对LED特性的影响,参考国际标准对半导体元件的静电放电测试要求,对LED样品分别进行MM及HBM静电放电试验。每次静电测试前后均对样品进行光电参数测试,观察样品光电参数的变化,并以此作为判别LED失效的依据。通过实验,研究对比MM静电放电和HBM静电放电试验对LED特性的影响,并从理论上探讨了相关失效机理。实验表明无论是MM静电放电还是HBM静电放电,均会造成LED反向漏电流增大,正向I-V特性"收缩",光通量一定程度的衰减。但是在静电敏感电压上有差别较大,MM静电失效电压远低于HBM静电失效电压。

基于电压矢量优化的磁通反向永磁电机模型预测转矩控制

为了降低磁通反向永磁电机的转矩脉动,提出了一种基于电压矢量优化的模型预测转矩控制方法。首先,通过解析基本电压矢量与电磁转矩、磁链幅值两者之间的内在联系,将对转矩和磁链这两个变量的控制转化为对基本电压矢量的控制。由于控制变量减少为仅有电压矢量,进而避免了权重系数整定的问题。同时,采用基本电压矢量筛选和占空比控制相结合的方法,在减少备选矢量的前提下可以快速计算出有效电压矢量的作用时间。另一方面,结合脉宽调制方法可实现对电机的精确控制,降低了磁链幅值脉动和转矩脉动,提高了控制性能。仿真与实验结果都表明,该算法具有良好的控制性能。

磁通反向型混合励磁电机电磁特性分析

磁通反向电机是一种结合了永磁电机和开关磁阻电机优点的新型电机,其结构简单、具有较高的效率。但是,由于电机的永磁磁场恒定,磁场调节十分困难,为了解决这个问题,本文将混合励磁技术引入到磁通反向电机中,创新性地提出了一种磁通型反向混合励磁电机,该电机在继承原电机的优点的同时,还能通过磁场调节实现转矩调节。本文通过仿真软件建立了磁通反向型混合励磁电机有限元模型,分析了其电磁性能。结果表明该电机具备较好的磁场调节能力,在工业发展中具有广阔的应用前景。

阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响

针对双定子磁通反向电机存在齿槽转矩过高,引起噪声振动的问题,采用阶梯形转子代替传统转子来削弱齿槽转矩。基于磁共能法,推导了双定子磁通反向电机齿槽转矩的解析模型,解释了阶梯形转子抑制齿槽转矩的原理。应用有限元方法,分别研究了各层阶梯块极弧系数对齿槽转矩和反电动势的影响。以齿槽转矩最小、反电动势谐波最小、反电动势幅值最大为综合优化目标,采用遗传算法,对不同层阶梯块的参数进行优化。结果表明,优化后的电机齿槽转矩降低了95.7%,额定负载时转矩波动从32%降低到2.4%,而平均转矩只下降了14.5%。

磁通反向永磁电机及其关键技术综述

磁通反向永磁电机作为定子永磁型无刷电机家族中的一员,由于电枢绕组和永磁体都位于定子侧,因此易于对其进行直接散热。此外,转子为凸极结构,既无永磁体又无绕组,结构十分简单、可靠,适合高速运行。该文首先介绍磁通反向永磁电机的拓扑结构和工作原理;其次,分析该电机的建模方法,并总结各种方法的优缺点;归纳磁通反向永磁电机的各种优化设计方法;讨论"磁通反向"原理及其向它各种拓扑结构的推广,包括直线电机、横向磁场电机和混合励磁电机等;分析该电机在低速和高速场合应用的可能性和潜力;最后对该电机的主要发展方向进行了展望。