混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机电磁特性分析

针对传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机受内定子尺寸限制,不能产生较大悬浮力的问题,提出一种新型混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机,将电励磁与高性能稀土永磁材料相结合,提高径向承载能力。在分析该电机结构与工作原理的基础上,构建等效磁路并进行分析计算,获得悬浮力计算模型;利用有限元方法仿真分析电机的静态电磁特性,如悬浮力特性、电感特性、转矩特性、偏心特性、永磁体对电磁性能的影响,并与传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力特性进行比较,仿真结果验证了所提出电机在结构上能够实现悬浮力与转矩的解耦,同时具有较大的径向承载能力。     

一种新型无轴承开关磁阻电动机性能分析

提出了一种具有新型定子结构的无轴承开关磁阻电机(BSRM),其可实现转矩与悬浮力的解耦,同时由于定子三相共用一套悬浮绕组,因而结构简单,易于控制,电流利用率高。简要介绍了新型BSRM的结构特点和悬浮运行原理。基于有限元仿真,对新型电机的电感、转矩和悬浮力分布特性进行了分析;分析结果表明新型BSRM具有良好的悬浮运行性能。推导了悬浮力表达式,给出了具体的实现方法。     

混合定子齿无轴承开关磁阻电机定子振动特性研究

凸极定转子结构及开关电源供电方式使得无轴承开关磁阻电机(BSRM)存在较大的电磁振动问题。混合定子齿无轴承开关磁阻电机可实现转矩和悬浮力之间的解耦,从而简化数学建模和控制策略。本文基于一12/14混合结构BSRM,研究了混合定子齿BSRM的定子振动特性。介绍了悬浮运行原理,分析了径向电磁力特性,运用了有限元法对电机进行了模态分析,并且建立了系统振动仿真模型,然后通过和传统BSRM进行对比,综合分析了混合定子齿BSRM的振动特性。     

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。     

基于定转子开窗的混合励磁双定子BSRM振动抑制

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用,但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法,通过改变外定子或转子铁心磁阻大小,可以减小气隙中的磁密大小,达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸,验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响,最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明,该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。     

12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机磁链特性及磁链建模研究

12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机(HSBSRM)的磁链是计算电磁转矩和径向悬浮力的基础,是实现电机稳定旋转和悬浮的前提。针对常规解析法建立的12/14HSBSRM磁链模型的局限性,提出了基于贝叶斯证据框架最小二乘支持向量机(LS-SVM)的磁链建模方法。通过有限元法分析了HSBSRM悬浮绕组与转矩绕组磁链的耦合关系、悬浮绕组间磁链耦合关系绕组磁链与径向位移关系、悬浮绕组磁链与转子位置角关系,建立了基于贝叶斯证据框架LSSVM的磁链模型,仿真结果表明所提方法能够快速准确的建立磁链模型。     

新型混合励磁双凸极电机非线性磁网络分析

阐述了新型混合励磁双凸极电机的结构原理,采用等效磁网络模型来计算其电磁性能。计算了电机不同部分的磁导,考虑到非线性和饱和的影响,引入气隙和定子极修正系数。计算了不同励磁电流和不同相电枢绕组的磁链和相电势。有限元分析和实验结果均验证了所建立磁网络模型的正确性,表明该非线性磁网络模型可以为该新型混合励磁双凸极电机的静态特性分析和快速初步设计提供有效依据。     

新型双定子混合励磁风力发电机三维有限元分析及实验研究

提出一种新型双定子混合励磁风力发电机,分析电机的结构特点及工作原理,计算电机的空载磁场分布、静态特性及空载特性,并对样机进行实验研究。基于三维有限元方法,采用ANSYS软件计算了电机的空载磁场分布,得到了空载内外定子电枢绕组磁链、内外定子电动势及合成电动势;根据磁链法分别计算了电枢绕组和励磁绕组电感等参数;分析了电机额定转速400 r/min时的空载特性。理论分析与实验结果表明：采用双定子的电机结构可使电机空载相电动势比相同条件下的单定子电机增加约23%;通过调节励磁电流,发电机相电动势在90~110 V之间变化。由圆套筒型整体永磁体组成的串联磁路并设置2个定子的新型电机结构可有效地提高低速电机的发电能力;双定子混合励磁风力发电机具有较好的调磁性能。     

无轴承感应电机悬浮绕组独立控制仿真研究

阐述了无轴承感应电机的悬浮原理及悬浮绕组独立控制的基本思想。将无轴承感应电机等效成2台电机,即转矩电机和悬浮电机,按照电压模型法建立转矩绕组气隙磁链观测器,结合位移调节器计算出悬浮绕组的电流。建立了无轴承感应电机悬浮绕组独立控制的Matlab/Simu-link仿真模型;仿真结果合理。     

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。     

定子混合励磁开关磁链电机调磁能力优化及比较

通过对两种12/10混合励磁开关磁链(HESFPM)电机的比较,研究了不同定子结构混合励磁电机的调磁性能。第一种混合励磁开关磁链电机(HESFPM-1)选择直流励磁绕组来代替部分永磁体,而第二种电机(HESFPM-2)将直流励磁绕组放置在传统的开关磁链电机的定子轭部。HESFPM-2电机的直流励磁绕组槽面积更大,该电机具有更好的弱磁和增磁能力。在电机设计中,HESFPM-2电机的槽面积比具有较宽的范围,因此电机设计更加灵活。比较了两种混合励磁开关磁链电机在不同永磁体长度、宽度以及定子齿宽下,电机的转矩和调磁性能。通过有限元分析和实验样机对HESFPM-2电机的调磁性能进行了验证,结果表明,有限元仿真结果与实验结果有较好的一致性。     

新型16相磁悬浮开关磁阻电机解耦特性及数学模型

针对传统磁悬浮开关磁阻电机转矩与悬浮力的控制耦合问题,提出一种采用混合转子齿的新型16相磁悬浮开关磁阻电机。将转子齿划分为转矩齿和悬浮力齿,并增大悬浮力齿的极弧,消除了悬浮力调节对转矩的影响,分块转子结构和短磁路励磁消除了不同绕组间的磁力线耦合。在Ansys Maxwell 2D中建立样机模型进行磁链仿真,结果表明,该结构实现了转矩与悬浮力的解耦控制。求解了电机转矩和悬浮力的数学模型,通过有限元仿真软件验证了数学模型的正确性,为该电机悬浮力和转矩控制提供了依据。     

新型盘式横向磁通永磁无刷电机的变网络等效磁路模型

针对所提出的新型盘式横向磁通永磁无刷电机的磁路特殊性,建立了简化的变网络等效磁路模型。基于该磁网络模型,无需求解节点方程组,便可直接得到定子绕组磁链,并由此计算了电机空载时永磁相电动势波形及负载时电磁转矩波形。将这些解析计算结果与样机电机的3-D FEM计算结果及试验结果进行了比较,验证了所建立的变网络等效磁路模型及由此进行电机性能计算方法的正确性。     

新型两相励磁开关磁阻电机驱动系统的稳态特性分析

该文通过建立开关磁阻电机(SRM)的等效磁网络模型，分析了新型两相励磁控制策略(TPE)下电机的稳态特性。与传统的控制方案不同，两相励磁方案下电机自感磁链和互感磁链都是产生有效转矩的关键因素，文中详细介绍了通过求解等效磁网络模型取代计算绕组的自感和互感，来研究电机的运行特性的方法。实验结果与仿真分析结果的非常接近，证明所提出的方法是正确的。     

计及磁场耦合特性的无轴承开关磁阻电机的电磁设计

结合无轴承开关磁阻电机(BSRM)数学模型的推导及其运行特点,提出了12/8极BSRM可计及转矩绕组和悬浮绕组磁耦合特性的主体尺寸计算公式。考虑到BSRM的悬浮力随位置角和电流的变化规律,利用平均悬浮力设计BSRM的最大径向负载要求。基于BSRM的最恶劣工作状况,提出了基于绕组峰值电流计算绕组匝数的方法。最后,分析了BSRM定、转子极弧选取的原则,并设计了一台实验样机。     

新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机基础研究

为了实现磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)转矩和悬浮力的自然解耦,提出了一种新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机(HEBSRM)。新型HEBSRM由12/14极BSRM、环形永磁体和径向磁轴承三部分组成。12/14极BSRM的转矩极和悬浮极之间嵌有隔磁环,使转矩磁通路径完全独立于悬浮磁通路径,从而在结构上实现转矩与悬浮力解耦。此外,详细推导了电机径向悬浮力的数学模型,并且通过有限元分析验证了新型HEBSRM结构的合理性。     

无轴承同步磁阻电机的悬浮系统控制策略

传统无轴承同步磁阻电机悬浮系统控制方案的前提都是获取转矩绕组和悬浮绕组的电流,没有考虑转矩绕组气隙磁链影响,影响悬浮系统控制精度。重新建立了基于转矩绕组磁链的无轴承同步磁阻电机悬浮力方程,采用电压-电流模型法观测转矩绕组气隙磁链,设计了新型滤波环节,实现了基于转矩绕组磁链观测的无轴承同步磁阻电机悬浮系统独立控制。对样机控制系统进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果表明该控制方法使悬浮系统具有良好的动、静态性能。     

新型磁悬浮开关磁阻电机的有限元分析

为了解决传统的磁悬浮开关磁阻电机定子同一齿极上的转矩绕组与悬浮力绕组的强耦合的问题,本文提出一种采用了混合定子极的新型8/10极磁悬浮开关磁阻电机模型。混合定子中都只有一套绕组,其中四极产生转子所需转矩,另外四极产生转子回到平衡位置的径向力。本文利用Ansoft软件建立电机模型,进行了静态转矩特性仿真、电磁径向力数值计算和动态仿真研究。仿真结果为此新型电机的优化设计和进一步研究提供了理论依据。     

轴向磁通切换型混合励磁同步电机优化分析

提出一种定子分割式轴向磁通切换型混合励磁同步电机,分析电机的电磁特性,进行优化分析。基于三维有限元方法,建立电机的有限元分析模型,获得电枢绕组磁链、空载电动势及绕组电感等参数电磁特性;分析定子槽口宽度、永磁体宽度、定子槽深度及转子齿宽度变化对绕组感应电动势的影响规律。有限元分析结果表明:通过调节励磁电流,线圈磁通变化明显,调磁效果较好;优化分析结果为电机尺寸的确定提供了一定的理论依据。     

轴向磁通线圈辅助定子励磁双凸极无刷直流电机及转矩脉动抑制方法

传统永磁无刷直流电机(brushless direct current motor,BLDCM)无法控制永磁磁通量及永磁体固有缺陷,限制了其在许多高科技领域中的应用。该文提出新型双凸极无永磁BLDCM。突破传统结构原理,用轴向线圈磁场辅助径向定子励磁,取消永磁材料特性制约。线圈辅助定子励磁电机更高输出转矩特性可通过提高气隙磁通及电枢绕组的电流实现。用有限元软件进行数值分析并验证其准确性和有效性;基于该电机的特殊结构和电感模型,搭建联合仿真模型,用三相六状态角度导通方式,增加输出转矩,减小转矩脉动;根据辅助励磁线圈调磁特性,进行励磁线圈和电枢绕组混合之励磁电流-转矩控制。实验验证新型结构电机样机及控制方法的可行性和有效性。