SR电机起动转矩的仿真分析与实验

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)起动性能优良，具有起动电流小而起动转矩大的优点。本文首先从分析开关磁阻电机电磁转矩的基本理论入手，介绍了应用ANSYS软件对开关磁阻电机磁路磁场的仿真；利用仿真计算所得磁化曲线族，对开关磁阻电机的起动转矩进行编程仿真计算；根据仿真计算结果对开关磁阻电机的起动性能进行了详细的分析；比较了两种典型的起动控制方案的优缺点；并提出了改善开关磁阻电机起动性能的几个方案。最后，介绍了开关磁阻电机起动转矩测试台的构成和测试方法；并以一台三相6/4结构开关磁阻样机进行了实验验证，结果和仿真计算十分相似，同时也证明了对开关磁阻电机起动转矩仿真计算的正确性。     

同步磁阻电机分析与设计(连载之十三) 自起动同步磁阻电机的研究

通过分析不同运行阶段的转矩成分,研究自起动同步磁阻电机的起动特性和稳态运行特性,进而指出电机设计要点。优化设计两种转子形式自起动同步磁阻电机,其导条分别位于转子磁障外和磁障内。研究该两种形式自起动同步磁阻电机的性能特点,总结自起动同步磁阻电机的特性。     

新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

新型轴向磁场盘式开关磁阻电机的研究

提出了一种新型的采用三相6/4极结构的轴向磁场盘式开关磁阻电机,与前人研究较多的单相盘式开关磁阻电机相比,定、转子结构更加简单,加工成本更低,便于调速控制,且克服了单相电机不能自起动的缺陷。使用Ansoft公司的Maxwell 3D软件进行了三维有限元仿真分析,并制作实验样机,验证了电机的性能。     

超高速开关磁阻电动机设计

开关磁阻电机结构简单坚固,转子上无永磁体和绕组,特别适合超高速运行。针对超高速电机的运行特点,对超高速开关磁阻电机的多物理场一体化设计方法进行探讨,研制了一台6/2结构超高速开关磁阻样机,样机最高转速为130 000 r/min,功率为1 kW。为提高样机的起动转矩,改进了样机的转子结构,并基于有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。采用自主开发的具有角度控制功能的开关磁阻电机专用集成电路SR3P10K07A作为控制系统的控制核心。最后对样机进行了实验,实验结果表明本文采用的设计方法、转子结构和专用芯片是可行和有效的。     

磁悬浮锥形电机悬浮力建模与分析

针对传统的磁悬浮开关磁阻电机（Bearingless Switched Reluctance Motor, BSRM）只能实现转子的两自由度悬浮的问题,设计了一种锥形无轴承开关磁阻电机（Conical Bearingless Switched Reluctance Motor, CBSRM）,使其能够实现电机转子在五自由度上的主动悬浮控制。对该电机机理、工作方式作了详细的研究,剖析出电机悬浮力的等效磁路并精确推导了其数学模型。利用ANSYS软件对该电机进行建模及仿真,分析了该电机的电磁特性,包括悬浮特性、转矩特性,以及他们之间相互的耦合。仿真结果表明该电机结构符合机理,能够实现电机五个自由度的主动悬浮控制,并在电机本体上减小了转矩与悬浮力之间的耦合。     

计及互感的开关磁阻电机单双相励磁静态性能分析

针对开关磁阻电机双凸极结构及开关电源供电导致的其固有转矩脉动问题,运行时期望保持各相电感曲线重叠,研究由磁链交互引起的互感耦合及饱和效应。从电机设计的角度详细分析了单双相励磁时开关磁阻电机的静态性能及其与相电流、转子位置的关系:包括长、短磁路模式下电机单双相励磁的自感和互感曲线,相邻相对导通相磁链的影响,以及互感对输出转矩的影响,并且实测了四相8/6结构开关磁阻电机的自感及互感曲线。理论分析和有限元计算及实验研究均表明,相邻两相为短磁路励磁模式时,可获取较高平均转矩。     

电动汽车用外转子开关磁阻轮毂电机研制

设计并研制了一款中速轻型电动汽车用外转子开关磁阻轮毂电机。根据电动汽车的工作环境及电池配备确定了设计目标参数,并从转矩、功率、效率和质量四个方面比较了三相6/4、三相12/8、四相8/6及四相16/12极四种形式开关磁阻电动机,选择三相12/8极结构方案。进行了详细的结构设计,分析和优化气隙宽度和极弧系数等电磁参数,对样机进行了转矩、效率、起动等性能的测试,数据达到设计要求。     

三相6/4极开关磁阻电机参数设计与有限元分析

分析了三相6/4结构开关磁阻电机结构和工作原理,给出了其数学模型。详细介绍了开关磁阻电机参数设计方法,并给出一台3 kW三相6/4结构开关磁阻电机实验样机参数。利用有限元分析软件Ansoft/Maxwell对该样机的矩-角特性和磁路结构进行了仿真分析,并进行初步实验研究,仿真和实验研究结果验证了参数设计方法的正确性。     

开关角对斜槽转子SRM稳态转矩的多目标优化

开关磁阻电机转子斜槽结构可有效减小电磁径向力,但会导致转矩特性变化。针对该问题,给出了线性模型下斜槽转子开关磁阻电机稳态转矩的解析方法,然后建立了四相8/6极开关磁阻电机模型,采用三维有限元仿真方法,计及端部漏磁,以电流开通角、关断角和转子斜槽角度为优化参数,以平均转矩变化量最小和转矩脉动最小为优化目标,基于正交试验法设计试验方案,通过极差和方差分析确定了相应参数的优组合,并将优化前后的转矩特性进行了比较,结果表明:小的斜槽角度对转矩特性的影响并不大,优化后电机的平均转矩相比优化前只变化了16.01%,但其转矩脉动下降了23.63%。     

6/2结构高速开关磁阻电动机设计研究

开关磁阻电动机（SR电动机）转子上无线圈和永磁体，特别适合高速运行。选择了起动转矩小但适合高速运行的6／2结构SR电动机，利用电磁场仿真软件JMAG对高速SR电动机进行电磁结构设计。通过优化定转子结构，改善了电动机起动特性；搭建了试验平台，给出了电动机初步试验结果。     

抑制开关磁阻电机振动的结构设计研究

开关磁阻电机(SRM)应用于众多领域,但是本身的结构使其比其他传统电机有更大的振动和噪声,因此抑制SRM振动仍是研究的热门领域。为了抑制电机的振动,设计了一种新型的电机结构,即在转子两侧开孔,并在此基础上对定子齿顶开槽。以一台7.5 kW、1 500 r/min、12/8极SRM为例,通过有限元分析仿真,对新型电机结构进行参数化计算,并得到最优结构。在保证平均转矩基本保持不变的情况下,减小了转矩脉动以及径向力。与原始电机相比,转矩脉动系数下降了16.01%,径向力峰值下降了19.96%。因此,证明了该方法对SRM振动抑制有较好的效果,对后续SRM设计及控制具有一定的借鉴意义。     

切向内置式高速永磁电动机转子结构优化研究

针对小功率高速永磁电动机,为满足高速电动机转子结构的应力要求,并简化电动机的生产工艺,提出了一种基于梯形永磁体的切向内置式转子结构,在满足电动机基本设计要求的前提下,对电动机转子相关结构参数进行了优化设计。采用有限元仿真方法,详细地分析了极弧系数和转子表面结构对齿槽转矩、平均转矩和转矩脉动的影响规律,并对转子的结构应力进行了校核。研究表明,该转子结构可有效简化电动机的生产工艺,总结了部分参数对电动机转矩性能的影响规律,并通过对转子结构的优化,有效地减小齿槽转矩以及转矩脉动。     

开关磁阻电机固定频率预测电流控制策略

针对开关磁阻电机(SRM)传统电流斩波控制(CCC)开关频率不固定、电流跟踪效果差的问题,提出了一种固定频率的无差拍预测电流控制(DPCC)算法。基于对SRM静态电磁特性的精确解析拟合,建立SRM离散预测模型。为了减小转矩脉动,利用无差拍理论实时计算下一时刻所需电压,实现对电机参考电流的精确跟踪。为进一步提高效率,采用新型转矩分配函数代替传统线性转矩分配函数。基于试验样机测试数据,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对所提出的算法进行仿真分析。仿真结果表明,所提出的固定频率DPCC方法相比传统CCC方法,具有更小的电流跟踪误差,并且能够有效减小SRM的转矩脉动,提高系统效率。     

一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计

在简述永磁球形多自由度电机的优越性能的基础上,针对一种新型永磁球形多自由度电机提出了4种永磁转子设计方案,对每一种永磁体结构进行了静磁场磁通密度模值和磁场分布计算,建立了球坐标下永磁体磁场解析求解模型,进行对比分析.同时基于三维有限元软件,对各种永磁转子结构的球形多自由度电机转矩特性进行了计算和仿真.设计制备了5个圆柱体组合结构的钕铁硼永磁转子来代替球形结构,制作了模型样机.理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,并对转子永磁体的受力进行了测试,与仿真计算结果一致.     

新型平动式啮合电机的运行原理和静态转矩

针对机器人系统对驱动电机的启动性能和空间适应性的要求,提出了一种新型的平动式啮合电动机,通过定转子间磁阻的变化将电能转化为机械能,在孔销结构的约束下使转子绕定子作圆周平动,进而可直接由转子带动摆线机构,利用摆线机构的减速作用输出大扭矩的高集成度电动机.设计并加工了一台原理样机,采用有限元方法建立了样机二维磁场模型,对样机的磁场分布进行了分析.计算了不同转子位置处的磁链族,并依据磁共能方法求得样机的静态转矩值,其计算结果与实验结果相吻合.理论分析和实验结果均表明新电机具有结构紧凑,可带载启动并启动快速的特点.     

基于新型定子极面结构的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究

为抑制开关磁阻电机(SRM)转矩脉动,提出了一种新型定子极面结构,将传统均匀气隙结构改成两段式的非均匀气隙结构。以一台11 k W、1 000 r/min、12/8极SRM为例,通过建立二维场路耦合时步有限元模型,对此类结构进行了验证与优化。结果表明:此类结构能够在保证电机效率基本不变的情况下,有效抑制转矩脉动,为进一步提升SRM的设计与运行水平,提供了有益的参考。     

横向磁场磁通反向电机的特性分析

提出一种横向磁场磁通反向电机结构,电机中的永磁体与电枢绕组均位于定子侧,转子齿嵌入开槽的非导磁材料转子筒中,定转子铁心均可由硅钢片叠压制成。相比传统横向磁场电机,横向磁场磁通反向电机具有结构简单、加工方便的优点。介绍了电机的基本结构,阐述了电机的基本工作原理。利用傅里叶级数法推导了电机的反电动势、电磁转矩以及定位转矩的表达式。利用三维有限元方法,分析了电机的永磁磁链、反电动势、定位转矩和电磁转矩等基本特性。在其基础上研制一台样机并进行初步实验研究,实验结果与有限元结果相吻合,验证了理论分析的正确性。     

双轴伸结构电机转子的动力学分析与结构优化

高速电机在设计、制造和运行过程中会出现大量的问题,若仅依靠经验不断地摸索解决,将会耗费大量的时间,效率极低。为此,可以利用合适的计算分析软件对结构进行针对性的分析和优化。利用转子动力学方法对转子结构的振动性能进行评估,继而进行转子结构优化,这是一种行之有效的方法。以1台双轴伸电机的转子振动为例,利用梁单元方法求解转子的静挠度,并使用有限元分析软件ANSYS对电机转子进行转子动力学分析,找出转子振动的原因,并根据计算结果和转子结构的特点进行针对性的优化,根据优化方案对转子结构进行调整,成功解决了该电机的转子振动问题。