Electromagnetic Design of a Switched Reluctance Motor With Segmental Rotors and Full-pitch Windings

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有高速运行时低风（油）阻和低铁心损耗等优点，特别适合用于航天航空驱动系统。根据整距绕组分块转子开关磁阻电机的基本工作原理，结合输出功率与平均转矩的关系，将绕组电流等效为方波，推导出了整距绕组分块转子开关磁阻电机的主体尺寸计算公式；基于电机定转子未对齐位置和对齐位置的电磁特性，以及整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁特点，确定了定、转子极弧系数选取的规则；同时分析了绕组匝数等主要尺寸的选取的规则；最后，基于上述方法优化设计了一台实验样机，并通过有限元仿真及实验验证了整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计方法的正确性。

电动汽车用新型模块化聚磁转子永磁电机设计及其对比分析

将轮辐型内置式转子和Halbach永磁阵列结合,并取消转子铁心加强筋,减小漏磁达到高聚磁同时兼顾凸极比,实现高转矩/功率密度和宽调速范围。在保证永磁体用量相同的情况下,建立新型高凸极比聚磁转子和V型转子两种电机模型,针对两者的分段转子拓扑,开展电磁性能对比分析,包括气隙磁密、凸极比、功率以及弱磁扩速能力等。同时,考虑到无转子铁心加强筋会导致转子分段存在结构强度问题,仿真验证新型高凸极比聚磁转子结构在最高转速6000 r/min时给予碳纤维护套保护下转子结构强度的可靠性;分析温度限制下新型高凸极比转子电机的功率输出。另外,对比两种不同电机结构的振动噪声情况。最后,研制一台16极/72槽新型高凸极比转子永磁电机样机,实验验证有限元分析结果的准确性。进一步说明了新型高凸极比转子永磁电机在转矩/功率密度和宽调速运行等方面的性能优势。

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。

直升机涵道尾桨永磁同步电机设计与仿真

针对直升机涵道尾桨机械传动系统传动链长、噪声大、结构复杂、传动轴刚度差和安装维护周期长等缺陷,设计一种适用于直升机涵道尾桨的永磁同步电机。通过探究悬停工况下电机主要尺寸与尾桨桨叶长度、宽度以及安装角度的关系,明确一定范围内电机主要尺寸最小时的功率、转矩和转速;采用分数槽集中绕组进一步提升了功率密度,基于14极18槽完成了电机设计。建立电磁场和温度场有限元仿真模型,验证电磁设计的合理性以及永磁体分段降温的有效性。与未分段相比,当永磁体沿周向分4段时,永磁体平均温度降低了55.43%。结果表明:该电机功率密度较高,输出特性良好并且温升较低,能够长时间可靠运行。

分块开关磁阻电机的研究现状及其新结构构想

分块开关磁阻电机通过分块的定子或转子结构,可获得较短的磁路以减小铁心损耗,圆柱形的转子可缩减风(油)阻,结构和电磁的隔离能增强电机可靠性及容错性。本文对现有的各型分块开关磁阻电机的结构和磁路进行了解析,在此基础上,提出了双极性励磁分块转子开关磁阻电机、环状绕组分块转子开关磁阻电机、C形分块定子开关磁阻电机、E形分块定子开关磁阻电机和混合气隙分块定子开关磁阻电机五种新型结构的分块开关磁阻电机,结合结构示意图和磁路图对其基本工作原理分别进行了阐述,并根据其结构特点和电磁特性分析了其优劣性及可能的应用场合,以期为分块开关磁阻电机的进一步研究与应用提供参考。

混合励磁分块转子磁通切换电机电磁特性分析

为了提高电励磁转子分块式磁通切换电机转矩密度和功率密度,提出一种混合励磁分块转子磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入径向充磁的永磁体,提高了电机的转矩密度和功率密度。介绍了电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计。通过有限元仿真得出静态永磁磁场分布、永磁磁链、反电势和定位力矩。与典型混合励磁磁通切换电机的调磁磁性能进行对比研究。有限元仿真结果表明:混合励磁分块转子磁通切换电机具有高转矩密度、高功率密度、强容错能力、强调磁能力,适合用于启动发电系统。

基于改进脉冲注入开关磁阻电机无位置传感器技术

针对12/8极分块转子开关磁阻电机无位置传感器运行,提出一种改进的脉冲注入方法。与传统的脉冲注入方法在电机低速运行时对三相绕组的非导通区间均注入电压脉冲不同,该文提出的改进的脉冲注入方法仅对电机一相绕组的非导通区间注入电压脉冲。针对分块转子电机在非导通相注入高频脉冲信号后因响应电流较小导致采用脉冲注入方法效果变差的缺点,采取在非导通区间注入宽度逐渐增大的电压脉冲,通过响应电流峰值与阈值的比较进行转子位置估计的方法。在电机转速升高时结合电流梯度法扩大其适用范围。最后通过实验验证了所提出方法的正确性和实用性。

双极性分块转子开关磁阻电机

针对单极性励磁时四相8/6结构分块转子开关磁阻电机的定子磁通冲突问题,把双极性励磁方法应用于四相8/6结构分块转子开关磁阻电机,基于2D有限元建立双极性分块转子开关磁阻电机的场路耦合模型,计算双极性分块转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗,并在(r,θ)坐标系中细致描述定子铁心和转子铁心特征区域的磁密周期性变化规律,最后应用双频法分离铁损获得铁心的涡流损耗和磁滞损耗。计算结果表明,与同等双极性励磁的8/6结构双极性普通开关磁阻电机相比,8/6结构双极性分块转子开关磁阻电机的转矩脉动大,但铜耗减小约32%,铁耗减小约35%。

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。

不同转子齿数电励磁分块转子磁通切换电机谐波特性影响的对比研究

针对不同转子齿数对电励磁分块转子磁通切换电机(ESFSM)的磁链和反电势谐波特性的重要影响,分析了电机磁通切换的工作原理,以三相定子12齿电机结构为例,从理论上对比研究了典型转子齿数(7和8)两种结构电机磁链和反电势的谐波分布特性。研究结果表明,12/7结构较12/8结构有无偶数次谐波的优点,采用有限元法提取了两种结构电机的磁链和反电势并进行傅里叶分析,分离出奇数次和偶数次谐波含量,验证了理论分析的准确性。研究结果为分块转子开关磁链电机转子齿数的设计提供了理论依据。

整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有高速运行时低风(油)阻和低铁心损耗等优点,特别适合用于航天航空驱动系统。根据整距绕组分块转子开关磁阻电机的基本工作原理,结合输出功率与平均转矩的关系,将绕组电流等效为方波,推导出了整距绕组分块转子开关磁阻电机的主体尺寸计算公式;基于电机定转子未对齐位置和对齐位置的电磁特性,以及整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁特点,确定了定、转子极弧系数选取的规则;同时分析了绕组匝数等主要尺寸的选取的规则;最后,基于上述方法优化设计了一台实验样机,并通过有限元仿真及实验验证了整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计方法的正确性。

转子结构对高速无刷电机转子涡流损耗的影响

针对转子涡流损耗在高速电机中比较严重的问题,通过有限元分析研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响.分析表明:当永磁体周向宽度小于谐波磁场在永磁体中的透入深度时,永磁体分块能有效地减小永磁体中的涡流损耗;反之,永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加.利用涡流磁场的屏蔽作用,在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜片.尽管铜片中会产生涡流损耗,但该涡流产生的磁场抵消了气隙磁场的谐波分量,使永磁体、转子铁心以及保护环中的损耗显著减小,整体上降低了转子涡流损耗.

分块转子磁通切换电机绕组理论及谐波特性的研究

从分块转子磁通切换电机结构特点出发,制定分块转子磁通切换电机的线圈绕组分布图和线圈电动势星形图的画法,基于此提出任意相分块转子磁通切换电机的相带划分方法,并通过有限元仿真验证了该相带划分方法的正确性,分析分块转子磁通切换电机单线圈谐波特性,基于该文制定的线圈电动势星形图,推导出适用于任意相分块转子磁通切换电机相绕组无偶数次谐波的齿极配合判据,通过有限元仿真验证了该判据的有效性。基于上述研究成果,研制了一台三相12/7电励磁分块转子磁通切换电机原理样机,实验验证了该文提出的分块转子磁通切换电机绕组相带划分法和无偶数次谐波齿极配合判据的正确性。

考虑分段处电磁影响的潜油电机端部漏抗

针对隔磁段和扶正轴承处漏抗对潜油电机起动转矩倍数、最大转矩转矩倍数和起动电流倍数等性能指标有较大影响的问题,研究了其有限元求解方法。结合潜油电机特殊结构建立了部分铁心、半个隔磁段和半个扶正轴承电机的三维数学模型,通过求解其磁场储能得到漏磁引起的漏抗并将其计入电机的常规端部漏抗中。采用YQY114P型31kW潜油电机,进行实验验证,数据对比表明考虑分段处电磁影响后的电机性能指标更接近实验结果,相对误差在7%以内。在此基础上,通过大量计算得到潜油电机端部漏抗曲线族。

基于电流补偿策略的转矩分配函数法抑制整距绕组分块转子SRM的转矩脉动

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有单位铜耗下输出转矩大、损耗低等优点,但转矩脉动大。本文采用余弦TSF控制法即通过控制电机各相电流产生的转矩分量使得低速时整距绕组分块转子开关磁阻电机的输出转矩脉动降低。针对电机转速升高后,由于实际相电流不能跟踪参考相电流,以及关断区间的电流不可控导致电机转矩脉动增大的问题,提出增大或减小其他相的相电流进行补偿的转矩控制策略并进行了分析。仿真和实验结果表明,该电流补偿策略的转矩分配控制法可有效抑制整距绕组分块转子开关磁阻电机的转矩脉动。

永磁直驱风电机组故障穿越优化控制策略研究

永磁同步发电机构成的直驱型变速恒频风力发电系统通过全功率变流器与电网连接,当电网发生严重故障时,不仅对HVDC设备造成损害,甚至可能影响风力发电系统的整体安全稳定运行。对系统故障期间直流电压失稳的机理进行了分析,基于永磁同步发电机转子的惯性储能特性以及网侧换流器的无功补偿能力,提出一种适用于提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的优化控制策略。在网侧故障期间通过分段式转速控制调整风机侧输入的有功并对网侧无功进行补偿,减小了中间直流系统注入的不平衡功率,抑制了故障期间直流电压的骤升。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立单机系统模型,仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。

基于MSP430的悬浮单转子流量计设计

为提高悬浮单转子流量计计量精度,有效降低电池功耗,延长其工作时间,设计了基于MSP430F149的悬浮单转子流量计的硬件及软件。采用KCF20公式进行温度密度补偿,提高计量的准确性;用最小二乘法对试验数据进行非线性拟合,完成对仪表系数K的分段修正,从而克服了流量计在计量过程中因漏流而带来的误差。同时,设计了三级电压转换电路,并通过WEBENCH软件进行了仿真测试。测试结果表明电源模块整体转换效率高于85%,功率耗散仅为0.01 W,符合低功耗设计要求。

一种新型混合励磁分段转子开关磁阻电机

分段转子开关磁阻电机磁路短、损耗小,但功率密度低。在该电机的定子槽口增设12块永磁体,构成一种新型12/8极混合励磁分段转子开关磁阻电机。介绍混合励磁分段转子开关磁阻电机的拓扑结构和工作原理,建立电机的数学模型,分析永磁体的工作模式,并用等效磁路法验证其增磁作用。使用有限元法仿真其静态和动态特性,分析永磁体厚度对电机的影响、在不同电流下永磁体转矩与总转矩的占比关系。与传统分段转子开关磁阻电机进行对比,混合励磁分段转子开关磁阻电机的平均转矩提高10.7%,转矩脉动减少11.1%。

大容量高速电机转子截面突变处刚度特性及等效模型

转子梁单元模型因计算效率高等优点在大容量高速电机转子动力学优化设计中被广泛应用,其对转子截面突变处的力学连续性假设使得弯曲刚度被过高估计,工程上采用了过渡轴段的等效模型但仍存在较大误差,对此,基于欧拉梁和铁木辛柯梁理论对阶梯转子的刚度特性进行分析,并通过与实体单元结果对比,细化过渡轴段模型参数,实现基于修正梁模型的转子弯曲刚度的精确计算。计算结果证明所建模型兼顾了转子实体单元有限元模型的高计算精度和梁单元模型的高计算效率的优点。

自循环多片段转杯纺混色纯毛纱生产方法及其面料特征

提出了多色纯毛纱混色配比和线密度的在线调控方法,在三通道转杯纺纱机上实现在PLC控制系统驱动下各给棉罗拉速度按照纺纱工艺要求实时变动,通过控制3类纤维条的喂给速度,实现自循环多片段转杯纺混色纯毛纱的生产,优化了纺纱工艺,纺制出不同颜色的多片段渐变色毛纱、段彩毛纱和彩节毛纱,并对纱线性能及其针织面料风格特征进行分析。单根纱线上色彩的自由转换,为通过毛衫整体图案与织物组织结构的互映设计,实现毛衫的一体化快速设计与生产提供了有效方法。