套筒式永磁调速器磁热耦合分析及退磁特性研究

为研究套筒式永磁调速器零部件温升特性对其传动性能的影响,本文运用磁热双向耦合的方法对套筒式永磁调速器在运行时的温度场进行数值仿真分析,并在此基础上分析了永磁体温升退磁效应对永磁调速器传动性能的影响,最后搭建试验平台进行实验验证。分析结果表明,当N48SH永磁体温度由20℃上升至140℃时,永磁调速器的输出转矩下降了29.09%,解释了永磁调速器的温升特性与系统传动性能之间的联系,为套筒式永磁调速器的优化设计和性能预测奠定了基础。     

Halbach阵列筒式永磁调速器研究

应用有限元仿真技术,对3种磁极排列和充磁方式对筒式永磁调速器转矩的影响进行研究,3种磁极排列和充磁方式分别为Halbach阵列M_2(极宽系数k=1)、Halbach阵列M_3(极宽系数k≠1)及传统磁极阵列M_1(径向充磁且极宽系数k=1)。结果表明,3种方式中,M_3具有最大的输出转矩,机械特性硬度也最大,具有较高的工作稳定性。在转差率3.5%时,M_3的输出转矩在k3.2时随k的增大而增大;当k3.2后,输出转矩逐渐减小,即输出转矩在k=3.2处取得最大值。当k变化在2.3~4时,输出转矩的波动范围不超过其最大值的1%。故在设计调速器时,M_3的极宽系数k≥2.3即可。     

圆筒式磁阻永磁齿轮有限元仿真研究

为解决磁阻永磁齿轮无法实现连续稳定传动的问题,提出一种圆筒式磁阻永磁齿轮结构。首先,对主动磁极、定子磁极和从动凸极的位置关系及其磁力作用方式进行分析,论证了连续传动的可行性;其次,应用有限元仿真技术对静态和准动态转矩特性进行分析,证明所提磁阻齿轮结构不仅具有确定的传动比,而且可实现连续稳定传动,且传动比公式与磁场调制型永磁齿轮相同;最后,从主、从动磁极数量和极宽对输入输出转矩的影响进行研究。结果表明,主、从动磁极数量互质时,输入与输出转矩的波动很小,具有较好的传动平稳性;输出、输入转矩及其比值λ均是主动极宽的函数,主动极宽越大,则输入和输出转矩越大,且λ随主动极宽变化并存在最大值。     

电动汽车用永磁游标电机的设计与研究

提出具有低速大转矩特性的电动汽车用转子双边永磁型游标电机,结构上采用双定子、中间转子形式.内、外定子设计有能够完成磁通调制作用的调磁齿,转子磁极直接面向两侧气隙,实现了磁场内、外侧的双重调制,增强了电机转矩的输出能力.阐述了该电机的工作原理、说明了设计方法,给出电机设计参数及结构、装配示意图,以转矩的最大输出为目标,对内、外定子调磁齿周向宽度、径向高度及极弧系数等对电机性能有较大影响的结构参数进行优化研究,建立该电机的二维有限元模型,对该电机的电磁性能进行仿真分析,计算结果验证了理论分析的正确性.     

田口方法在永磁同步电机结构优化中的应用

针对永磁电机传统局部优化方法不能实现多目标优化的问题,提出了一种基于田口方法的优化方法。通过运用田口方法对分数槽集中绕组永磁同步电动机的气隙长度、极弧系数、永磁体厚度、定子齿宽和槽口宽度进行优化,使电机效率、齿槽转矩、单位质量永磁体产生转矩等性能最佳。利用田口正交实验建立正交矩阵,并结合统计学,分析各优化变量对优化目标的影响,最终得出多优化因子的最佳组合。利用有限元法对优化后的电机进行二维瞬态场分析,得到电机在负载条件下磁场分布以及相关特性。实验数据及相关分析表明,田口方法适用于分数槽集中绕组永磁同步电机的优化设计,并且能有效地抑制电机的齿槽转矩。     

永磁同步电机效率优化的最大转矩电流比控制方法

对永磁同步电动机效率优化的最大转矩电流比进行了研究.根据PMSM在d-q坐标下的基本方程,用极值原理建立了d、q轴电流与转矩的非线性方程组;推导出d、q轴电流与转矩的非线性方程组和d、q轴电流与转矩的表达式;实现了最大转矩电流比控制方法.为便于工程应用,在最大转矩电流比控制的基础上,将转矩与d、q轴电流的表达式进行了线性化,采用优化方法,给出了最大转矩电流比控制的工程近似算法,该方法非常接近最大转矩电流比控制的性能.     

改进型轴向永磁调速器的优化设计

首次提出了对轴向永磁调速器永磁转子结构的改进,并使AnsoftMaxwell电磁仿真软件构造训练样本,构建了基于BP神经网络的改进后轴向永磁调速器预测模型;采用空间粒子群算法进行改进并将其用于轴向永磁调速器预测模型的求解,得到最优轴向永磁调速器结构。通过Ansoft软件进行仿真研究,其结果表明使用空间粒子群算法设计的轴向永磁调速器性能得到了极大地改善。     

压电活齿传动输出转矩优化分析

随着科技的迅速发展,传统机械传动已无法满足工程实际需求,机电集成压电活齿传动是一种集压电驱动、活齿传动和谐波传动于一体的新型复合传动,该传动具有大传动比、低速、大转矩等优点,在航空航天、微型机器人、精密定位等高端技术领域具有及其重要的应用前景。在分析压电活齿传动系统工作原理的基础上,由压电材料的非线性输出特性和活齿传动静力学关系,推导出压电活齿传动系统各构件的受力方程。根据力和转矩的关系,得出传动系统输出转矩方程。运用机械优化设计理论和方法,分别确定输出转矩优化系统的设计变量、目标函数和设计约束,并建立压电活齿传动系统的输出转矩优化数学模型。通过数值算法给出传动系统输出转矩随激励电压和活齿架转角的变化规律,利用Matlab软件求解输出转矩优化结果,并对比优化前后参数的变化及转矩随参数的变化的规律。结果表明：传动系统输出转矩随激励电压成正比例变化,随活齿架转角以π/435为周期发生周期性变化;优化后传动系统的最大输出转矩为0.91 Nm,比初始设计转矩提高了111.63 %;设计变量中波发生器偏移量在优化前后的改变量最大。可见,输出转矩优化使得压电活齿传动系统的承载能力得以提升。研究结果为压电活齿传动系统结构的改进和性能提升奠定理论基础。     

基于Tabu算法的轮毂式永磁电机优化研究

以永磁电动机的永磁材料用量为优化设计目标，把改进的禁忌搜索算法（tabu search algorithm）与电磁场逆问题分析法相结合，对一台轮毂式永磁无刷电动机实施了优化设计。详细分析了优化设计过程中目标函数和优化变量的确定原则。对于分别选择单目标和多目标函数时得到的不同优化结果进行了对比和讨论。参照样机的设计指标，对优化后的气隙磁通和电磁转矩等主要参数作了检验。优化设计结果表明，在不降低样机电气性能的前提下，优化样机永磁材料的用量可大大减少，从而使得优化后电机的价格、体积和重量都有相应的减小。     

内置式永磁同步电动机弱磁控制策略的研究

内置式永磁同步电动机采用最大转矩电流比弱磁调速方法时,需要求解一个非线性的高次方程组,来确定交直轴电流的给定值。针对这个问题,采用曲线拟合的方法,得到了较精确的电流给定,提高了控制系统的精度。同时,在弱磁高速区,提出了一种新的过调制控制算法,通过对电压矢量和相位的优化,实现了不同调制区的自然过渡,提高了逆变器的输出电压,在转速一定的情况下,提升了电机带负载能力;在负载转矩一定的情况下,拓展了永磁同步电机弱磁调速区域。     

轴向磁场无铁心永磁电机的永磁体结构优化及其涡流损耗削弱

对轴向磁场无铁心永磁电机的永磁体的尺寸进行优化,以提高转矩密度。首先,利用MAXWELL建模分析,对电机永磁体的利用进行优化。通过计算分析,结果显示电机在永磁体弧度为21.4°,厚度为9 mm时,单位体积所能产生的平均电磁转矩取得最大值115 N·m;其次,采用对电机永磁体分块的方法,降低永磁体涡流损耗,并确定出永磁体分为3块效果最佳;最后,为了降低转子涡流损耗,利用分此外采用电镀方式改进了铜屏蔽层的局限性,更大幅度降低了电机转子涡流损耗。     

定子槽口宽度对同步电机转子涡流损耗的影响研究

针对定子槽口宽度对永磁同步电机转子涡流损耗的影响问题,探讨定子槽口宽度与转子涡流损耗之间的关系。以额定功率为18kW的四极机电液耦合器表贴式永磁同步电机为例进行研究。同时,采用Ansys EM电磁场软件,建立电机二维有限元模型,在定子槽口不同宽度下,对气隙磁场谐波幅值的变化与转子上电涡流密度分布情况进行分析,分析磁场谐波幅值、转子电涡流密度与定子槽口宽度的关系。仿真结果表明,气隙磁场中的一阶齿槽谐波幅值最大,且其幅值随槽口宽度的增加而增大;涡流主要集中在转子表层,转子表层涡流密度随槽口宽度的增加而增大;转子中涡流损耗随槽口宽度的增加而增大,且涡流损耗与槽口宽度成二次函数关系。该研究为永磁同步电机定子槽型的优化设计提供了理论依据。     

基于变频器容量的永磁同步风力发电机最大功率控制的研究

介绍了永磁同步风力发电系统的基本结构,论述了风力发电系统中风机最大风能捕获的基本原理,并提出一种采用永磁同步电机作风力发电机实现最大功率输出的控制系统.通过建立考虑铜耗和铁耗的电机损耗模型,获得了电机损耗与定子电流之间的关系.在此基础上提出永磁同步电机最佳效率控制,并将其应用于永磁同步风力发电系统中.使风力发电机按照最大功率点跟踪方式运行时,电机损耗最小;在充分利用变频器容量的前提下,实现风力发电机最大功率输出,从而得到永磁同步风力发电机最优定子电流矢量控制.仿真结果证明了该控制算法的有效性和实用性.     

基于有限元的内置式永磁同步电机矢量控制性能分析

建立了一台55 kW内置式永磁同步电机有限元模型,采用有限元方法计算了电感参数和在满足电压电流约束条件下的实现最大转矩输出的最佳电流控制角,电流矢量id,iq,及输出转矩。计算结果表明由于恒转矩区磁路饱和,参数对内置式永磁同步的影响较大,而在恒功率区即弱磁控制区域,电机的饱和度减小,解析方法与有限元计算结果吻合;说明有限元分析结果可比较准确地反映电机的磁路饱和程度,是对内置式永磁同步电机性能分析的最佳工具。     

宽调速范围低转矩脉动的一种新型内置式永磁同步电机的设计与分析

宽调速范围与低转矩脉动一直是设计电动汽车用内置式永磁同步电机时所追求的重要目标.设计了一种转子结构为W的新型内置式永磁同步电机,并进行了绕组结构优化与性能分析.利用有限元分析法,将所设计的电机初始模型、优化模型以及转子结构为一字型的传统内置式永磁同步电机模型进行了对比分析.通过对电机的永磁体用量、dq轴电感、弱磁调速能力、齿槽转矩以及纹波转矩等重要参数的详细对比分析,最终选择了36槽8极转子结构为W的内置式永磁同步电机设计方案.此方案在保证电机转矩、功率要求的前提下,可以获得较宽的调速范围和较小的整体转矩脉动.     

机器人用外转子直驱永磁电机设计与 性能分析

直驱永磁电机以其转矩大、波动小、效率高和结构紧凑等优越性能,取代了传统伺服电机和减速器联合使用的驱动模式,成为机器人驱动系统的核心部件之一。根据工业机器人的运行工况和实际要求,设计了一台直驱高速并联机器人的27槽24极外转子永磁电机,分析该电机主要结构参数的选取,建立该电机的二维有限元仿真模型。在空载状态下,计算气隙磁密分布,分析空载反电势及其谐波含量和齿槽转矩;在额定转矩和最大转矩的工作状态下,对电磁转矩、效率、功率因数和力能指标等电机性能进行对比分析。仿真结果表明,该电机的性能指标误差均在6. 5%以内,验证了电机设计的合理性和实用性,可为电机参数的进一步优化设计提供依据,也可为机器人驱动系统的优化提供参考。     

一种新型大转矩传输CVT的性能分析与参数优化

针对某新型CVT机构,提出以输入转矩分矩比、输入功率分流比、输出输入转矩比和速比变化宽度为指标的传动性能评价体系;分析有利于性能指标朝期望目标变化的定轴轮系传动比、双排差动轮系转换机构传动比的变化趋势;建立以两传动比为变量,以输入转矩分矩比小、输出输入转矩比大、速比变化宽度大为目标的数学模型,采用线性加权法和Fmincon函数得到多目标优化的非劣解。最后绘制非劣解下输入转矩分矩比、输出输入转矩比的曲线,并计算相应的速比变化宽度。结果表明,非劣解下的新型CVT机构具有大转矩输出、变速范围宽的特点。     

多维齿槽转矩优化方法在永磁电机中的应用研究

分别采用改变定子齿的形状、调整极弧系数以及磁极偏移的方法来削弱永磁电机的齿槽转矩,并将这3种方法相结合使齿槽转矩进一步优化。通过建立永磁电机的有限元模型,对提出的齿槽转矩抑制方法进行理论分析与有限元验证,并对采用磁极偏移法减小齿槽转矩进行了实验验证。结果表明:改变定子齿的形状、最优极弧系数法和磁极偏移法均有效减小齿槽转矩;而采用三者相结合的方法后,永磁电机的齿槽转矩更是得到极大减小;磁极偏移法的有限元仿真结果和实验果基本吻合,验证了该方法对减小齿槽转矩的有效性。     

考虑永磁磁链变化的内嵌式永磁同步电动机弱磁转矩控制

内嵌式永磁同步电动机(Interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)具有磁阻转矩使其利于扩速运行,在高速运行时需要弱磁控制来维持高转矩输出。针对IPMSM永磁磁链随实际运行工况变化的情况,研究了IPMSM弱磁转矩控制,分析了永磁磁链变化与指令电流偏差的关系,并提出了一种基于指令电流查表的弱磁转矩控制新方法。该方法主要包括指令电流查表、电压限制计算和电流修正方向计算三部分。通过与传统弱磁控制进行对比仿真验证了该方案的有效性,方案在永磁磁链变化时的输出转矩偏差明显降低。     

基于分段曲线拟合的IPMSM最大转矩电流比控制研究

为提高最大转矩电流比控制的实时性和控制精度,对该控制策略应用于一类高凸极率内嵌式永磁同步电机的工程实现方法进行了研究。根据内嵌式永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型,用极值原理推导了最大转矩电流比控制模式下d、q轴电流的分配关系。针对电磁转矩与定子电流交、直轴分量的对应关系问题,提出了一种自动分段的多项式拟合算法,用多段二次曲线逼近最大转矩电流比控制下转矩与交、直轴电流关系曲线。与单段高次多项式拟合算法相比,该算法计算量小且精度更高。文中给出了该算法的流程图并在Matlab平台下进行了仿真验证。仿真结果表明,该方法简便可行,对工程实践具有一定借鉴和指导意义。