可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与性能分析

以3层磁障转子的永磁辅助同步磁阻电机为例,提出一种铁氧体与铝镍钴混合永磁的可变磁通永磁辅助同步磁阻电机转子设计方法,使永磁辅助同步磁阻电机具备记忆电机弱磁区转矩高、损耗小和调速范围宽的优点。首先给出可变磁通永磁辅助同步磁阻电机的调磁方法;然后从永磁体工作点设计的角度分析电机调磁电流和过载能力对电机性能的影响;接着介绍了永磁体排布的确定和体积比优化设计方法;最后提出一种适用于该电机的转子设计方法。仿真结果表明,采用该文提出的转子设计方法能够使电机弱磁区损耗最多降低56%,电机弱磁区的转矩和调速范围显著提高。     

低转矩脉动铁氧体永磁同步磁阻电机设计与分析

铁氧体永磁同步磁阻电机的转矩成分主要为磁阻转矩,其设计特点与钕铁硼永磁同步电机有较大差别。分析了永磁同步磁阻电机的数学模型和转矩脉动来源,并以此为理论依据,对极槽配合、转子磁障结构和等量铁氧体放置方案进行了选择和设计。对得到的转矩脉动较低的两个铁氧体放置方案,对比分析了其相关电磁性能,最终得到的转子结构可兼顾转矩脉动低、功率密度高等优点。     

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机分段弱磁控制

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机(hybrid permanent magnet axial field flux-switching memory machine,HPM-AFFSMM)采用钕铁硼和铝镍钴两种永磁励磁,既具有轴向磁通切换永磁同步电机转矩和功率密度高的优点,又具有记忆电机永磁磁化状态在线可调的特点。在研究HPM-AFFSMM调磁原理、电磁参数及数学模型的基础上,提出了一种HPM-AFFSMM宽调速控制方法。基于分区控制,低速区采用永磁饱和磁化方式运行,高速区采用分段弱磁方式运行。在分段弱磁区域,所需永磁磁链满足给定转速所在区间内的最大转速对应的永磁磁链。在全速度范围内,为实现充去磁,提出了一种对电机参数敏感性较低的自适应永磁磁链观测器设计方法。仿真和实验结果表明,在低速区,饱和增磁运行缩短了电机的起动过程;在高速区,分段弱磁运行优化了永磁磁链的控制,拓宽了电机的调速范围。因此,HPM-AFFSMM非常适合应用于电动汽车起/发一体机。     

永磁辅助磁阻同步电机伺服控制策略研究

与钕铁硼永磁同步伺服电机相比,永磁辅助磁阻同步伺服电机制造成本低;转子开槽多,质量轻,惯量小;气隙磁密低,电机高速失控时不存在过压风险,且弱磁性能好。因此,永磁辅助磁阻同步伺服电机的性价比高,在伺服控制领域有良好应用前景。针对永磁辅助磁阻同步伺服电机的特点,根据电机的数学模型对控制策略进行了优化,提出磁链补偿的控制算法和弱磁控制策略,使得电机的电磁转矩与电流呈线性关系,在恒转矩区和扩速区均实现了电机转矩最大控制,并拓宽了调速范围。实验结果验证了所提出控制算法的有效性。     

磁钢用量对车用多层钕铁硼同步磁阻电机电磁性能影响

针对一种车用多层U形钕铁硼同步磁阻电机,基于有限元,研究了磁钢用量对其电磁性能的影响。结合遗传算法,确定了使各层磁钢分布相对较优的目标函数,以此目标函数,得到了不同磁钢总用量下的各磁钢布置结构。分析了磁钢用量对电机空载气隙磁密,短时运行工况下的峰值转矩、最大功率输出能力,长时运行工况下的功率因数、效率、磁阻转矩占比的影响。结果表明,车用多层U形钕铁硼同步磁阻电机在短时工况和长时工况的最佳电磁性能对磁钢用量的需求存在一定的矛盾,同时磁钢用量过多会加剧电机饱和,恶化空载气隙磁密波形,降低高速区的功率因数、效率和最大功率输出能力,为同类型电机快速设计时磁钢用量的选择提供了一定的参考依据。     

内置混合式可控磁通永磁同步电机有限元分析

提出一种转子内同时放置钕铁硼和铝镍钴两种永磁体的内置混合式转子磁路结构的可控磁通永磁同步电机。它充分利用钕铁硼剩磁密度和矫顽力都很高，铝镍钴剩磁密度很高而矫顽力很低的特点，使两种永磁体在磁性能上合理配合。通过控制直轴电流矢量脉冲的幅值和方向来控制铝镍钴的磁化强弱和方向，使气隙永磁磁通受控，实现宽范围弱磁调速。介绍了电机工作原理，进行了电磁场有限元分析，给出了不同磁化状况下电机磁场分布图及气隙磁场曲线，指出了增加交轴磁阻的必要性，总结出永磁体尺寸对电机弱磁倍数影响的变化规律。     

车用永磁同步磁阻电机转子的优化设计

永磁同步磁阻电机充分利用磁阻转矩,有效提高了电机功率密度和降低电机成本。本文首先对永磁电机的磁阻转矩影响因素进行分析,建立了3种不同结构转子模型,利用二维有限元法对电机的重要参数进行了计算和对比分析。综合比较后,对其中一种转子结构进行了优化,通过调整直轴和交轴磁路,提高了电机磁阻转矩的比例及弱磁性能。     

电动汽车混合永磁辅助磁阻同步电机研究

针对铁氧体永磁辅助式同步磁阻电机可能出现的不可逆退磁问题,研究了电动汽车驱动用铁氧体和钕铁硼混合永磁辅助磁阻同步电机。用有限元方法研究了混合永磁辅助磁阻同步电机的转子结构,包括磁钢槽形状和相关尺寸的优化,重点研究电机峰值工况下铁氧体的不可逆退磁问题,并与其他电机做了比较分析。研究结果表明,混合永磁电机与铁氧体电机成本接近,但转矩脉动率小,并较好地解决了铁氧体永磁材料的不可逆退磁问题。     

Halbach列对永磁同步电机的性能影响

现代电机要求高速、高效、高功率密度、低脉动转矩，而稀土永磁电机表现出了其局限性。Halbach列是一种磁极磁场呈单边且正弦分布的新型永磁结构。此结构使得电机气隙磁密相对较大，转子轭部磁密相对较小，这有利于减小电机的脉动转矩和体积，提高电机的功率密度和效率。基于ANSYS的有限元分析结果证明了上述结构在保证功率密度的前提下，可以减小电机的质量，增大气隙宽度，极大地改善电机的各种性能。     

永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法

为了验证永磁磁阻电机具备宽调速域的优势,同时充分发挥永磁磁阻电机在弱磁运行时的输出转矩,提出了一种基于转矩预测控制的全速域控制方法。采用Ansys设计了一台永磁磁阻电机,并与Simulink联合仿真验证了方法的可行性。验证结果表明:转矩预测控制方法可以使电机在全速域获得良好的动态性能,同时永磁磁阻电机弱磁运行时依然具有优秀的转矩输出能力。     

变磁阻可控磁通永磁游标电机电磁性能分析

为了兼顾永磁电机低速、大转矩特性和恒功率区的运行范围,提出一种变磁阻可控磁通永磁游标(RVFCPMV)电机。以1台三相22/2对极RVFCPMV电机为例,介绍了RVFCPMV电机的拓扑结构。基于气隙磁通密度的调制,揭示了该电机具有低速、大转矩特性的实质,突破在电枢绕组中通入直轴去磁电流分量的传统弱磁方式,提出一种利用铁磁材料非线性导磁特性,通过调节励磁电流进而改变磁路磁阻方式实现永磁电机弱磁升速的方法。通过有限元方法对RVFCPMV电机进行了计算和分析,验证了该电机基速以下的低速、大转矩输出特性和基速以上的弱磁调速能力。     

一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析

设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。     

大功率永磁辅助同步磁阻牵引电机磁极优化

永磁牵引系统是下一代轨道交通的发展方向,但高速惰行、带速重投和匝间短路等难题阻碍了永磁牵引的应用,永磁辅助同步磁阻电机是解决上述难题的最佳选择。总结了永磁辅助同步磁阻电机的设计方法,设计了3层U型磁障大功率牵引驱动电机,给出了各层磁障对应的极弧系数和磁障张角以及永磁体最佳尺寸比。提出用偏心气隙结合不均匀磁桥对磁极结构进行优化。发现气隙比为1.63时,抑制转矩脉动的效果最佳;而不均匀磁桥不仅可以降低转矩脉动,还使转子的机械强度得到提高。对所设计的380 kW永磁辅助同步磁阻牵引电机的分析表明,所提出的方法可有效地降低转矩脉动。     

电动汽车用高功永磁同步电机设计与特性分析

针对传统内置式永磁同步电动机(PMSM)反电动势谐波含量高,转矩脉动大等缺点,提出一种高功率密度电动汽车用不等气隙永磁同步电机(UG-PMSM),通过气隙的不均匀特性,改善空载反电动势正弦特性.建立了UG-PMSM电机功率尺寸方程,利用二维有限元分析法,分析了空载永磁磁链、空载感应电动势、输出转矩、转矩脉动、齿槽转矩等静态特性,计算了UG-PMSM电感特性,在此基础上,研究了UG-PMSM过载能力与弱磁扩速范围.仿真分析结果验证了UG-PMSM高功率密度、高转矩密度、低转矩脉动等优点,适合应用于电动汽车驱动系统中.     

铁氧体永磁辅助式磁阻伺服电机齿槽转矩研究

铁氧体永磁辅助式同步磁阻电动机转子为内置式、多层结构,会对电机齿槽转矩产生影响。使用计算机仿真方法研究分布和集中绕组永磁辅助式同步磁阻伺服电动机的齿槽转矩以及降低齿槽转矩的措施,并与钕铁硼永磁同步伺服电机的齿槽转矩进行比较分析。     

电动汽车用混合永磁辅助同步磁阻电机的转子优化设计

由于稀土材料的特殊性,其制造成本在逐步上升,而铁氧体材料成本较低,电机设计时可考虑将其替代部分钕铁硼的方案,以节省成本.建立了永磁辅助同步磁阻电机的数学模型,推导了电机的电磁转矩方程;根据性能需求对电机进行了初步设计,同时提出了三种混合永磁的方案,对比分析了三种方案的性能及抗退磁能力,选取了最优方案并进行了转矩针对性优...     

Halbach列对永磁同步电机的性能影响

现代电机要求高速、高效、高功率密度、低脉动转矩,而稀土永磁电机表现出了其局限性。Halbach列是一种磁极磁场呈单边且正弦分布的新型永磁结构。此结构使得电机气隙磁密相对较大,转子轭部磁密相对较小,这有利于减小电机的脉动转矩和体积,提高电机的功率密度和效率。基于ANSYS的有限元分析结果证明了上述结构在保证功率密度的前提下,可以减小电机的质量,增大气隙宽度,极大地改善电机的各种性能。     

铁氧体单相永磁辅助磁阻同步电动机研究

研究一种新型铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机。这种电机与钕铁硼永磁单相同步电动机效率接近,但制造成本低,具有较高的性价比。文章首先对同一规格的单相异步电动机、钕铁硼永磁单相同步电动机和铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机三种单相电机进行了建模及仿真比较,然后分析了铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机的稳态性能,最后给出了22 W铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机样机的部分实验结果及其分析。     

宽调速可控磁通永磁同步电机磁路设计和有限元分析

提出了一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机,是真正意义上的宽调速电机.其径向永磁体采用剩磁密度和矫顽力都很高的钕铁硼,而切向永磁体采用剩磁密度高但矫顽力却很低的铝镍钴.通过定子直轴电流矢量脉冲控制铝镍钴的磁化方向和强弱,使钕铁硼产生的磁通部分穿过气隙,部分被铝镍钴在转子内部旁路,使永磁气隙主磁通受控.给出了永磁体尺寸和磁路结构尺寸的选取原则,特别是将交轴磁路磁阻设计的较大,交轴电感较小时,弱磁效果会更好,还能减少电枢反应对永磁气隙主磁通的影响.对两种极端磁化状况下模型电机内部磁场的分布进行了有限元分析,说明所提出的设想是可行的.     

电动汽车用永磁电机弱磁调速能力

针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响。采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律。结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系。样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围。电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力。