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。     

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%。     

一种混合双定子磁悬浮开关磁阻电机

针对传统磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)存在的多变量非线性强耦合问题,并以提高系统悬浮输出能力、降低悬浮功耗为目的,提出一种混合双定子磁悬浮开关磁阻电机(HDSBSRM)。该电机采用内、外双定子结构,外定子与内定子共用一套转子结构,内定子通过引入轴向充磁型永磁环,为产生主动可控悬浮力提供稳定偏置磁场。在介绍其拓扑结构和工作原理的基础上,推导了径向悬浮系统的数学模型,分析了基本电磁特性和解耦特性,验证了其主绕组与悬浮力绕组以及两自由度悬浮力绕组之间具有的自解耦特性。并就其悬浮输出能力和悬浮功耗等方面,与传统双定子磁悬浮开关磁阻电机进行了比较,验证了其具有高悬浮输出和低悬浮功耗的优点,表明所提HDSBSRM结构的合理性与优越性。     

双定子磁悬浮开关磁阻电机直接转矩与直接悬浮力控制

研究一种双定子磁悬浮开关磁阻电机。该电机采用内-外双定子结构,内定子和外定子上分别设置悬浮力绕组和转矩绕组。在结合拓扑结构说明其运行原理的基础上,针对该电机同时存在转矩脉动和悬浮力脉动过大的问题,提出了直接转矩(DT)与直接悬浮力控制(DSFC)策略。比较了传统方波控制策略与所提控制策略下系统的转矩脉动、悬浮力脉动以及转子径向位移波动。仿真结果表明:DT/DSFC不仅能提高系统动态响应速度,而且有效抑制了转矩和悬浮力脉动,削弱了转子径向抖振,验证了所提控制策略的有效性与优越性。     

基于等效磁网络法的混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机建模研究

提出了一种混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)的等效磁网络模型,此模型可以分析电机悬浮和转矩绕组的磁链、电感及悬浮力和转矩等静态特性。等效磁网络法(EMN)不仅能保证一定的精度,而且比有限元法（FEM）节省时间。基于一种24/16/8极混合励磁双定子BSRM建立EMN模型,推算出电机定转子齿部、轭部以及气隙磁导的计算公式。建立矩阵方程,求解出各部分的磁通密度,进而求出悬浮和转矩绕组的磁链、电感以及悬浮力和转矩特性,和FEM求解的结果进行对比。可以发现EMN模型求解出的电磁特性和FEM分析的结果吻合效果很好,进一步证明了所建模型的有效性。     

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。     

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。     

矢量控制的双绕组磁阻电机电磁特性分析

针对开关磁阻电机单极性电流励磁引起转矩波动大的问题,采用新型结构双绕组磁阻电机,通过矢量控制实现电枢电流正弦变化。基于Simplorer+Maxwell对双绕组磁阻电机与开关磁阻电机在电磁特性方面进行了对比分析。仿真实验表明:与传统开关磁阻电机相比,双绕组磁阻电机输出电流波形接近正弦波,磁势谐波成分少,转矩波动小,转矩密度大,电磁特性更好的优势。     

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。     

基于有限元法的磁悬浮开关磁阻电机数学模型

当电机高速运行时，为避免机械磨损，采用电磁力进行悬浮支撑，而磁轴承占用轴向空间，限制临界转速。磁悬浮开关磁阻电机利用电机定子与轴承机械结构的相似性，在原有的电机定子绕组上附加一套径向力绕组，通过一定的控制策略，同时实现电机的旋转和悬浮。该文在利用有限元软件Ansoft/ Maxwell 2D分析磁悬浮开关磁阻电机磁场的基础上，结合等效磁回路法并根据虚位移定理，推导出磁悬浮开关磁阻电机在考虑a、b轴方向径向偏移及其耦合时的径向力和转矩的数学模型，并用有限元分析结果验证了该模型的正确性和有效性。     

无轴承开关磁阻电机的振动控制策略

磁阻电机的振动和噪声问题已成为阻碍其推广应用的一大障碍。本文研究了一种利于减小无轴承开关磁阻电机定子电磁振动的悬浮运行控制策略。该控制策略在保证电机稳定悬浮的前提下,通过对主绕组实施两步换相以减小由于换相时径向力突变而带来的定子振动。基于BSRM的运行原理、转矩和径向力的数学模型,介绍了新型控制策略的基本原理;制定了两步换相带来负转矩的补偿方法,推导了电机相关控制参数的计算方法;仿真证实了新的控制策略可有效地减小BSRM定子电磁振动,验证了理论分析的正确性和可行性。     

用于飞轮储能的单绕组磁悬浮飞轮电机径向力补偿方法

将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,每套绕组独立控制,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适用于飞轮储能的单绕组磁悬浮飞轮电机。精确的数学模型是稳定控制电机的基础,针对麦克斯韦应力法对积分路线的选取较为敏感的问题,运用有限元分析其电磁特性,引入径向力修正系数,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机径向力较精确的数学模型。为保证单绕组磁悬浮飞轮电机能在绕组发生故障时正常悬浮,考虑径向力系数随角度的变化的趋势以及不同齿极下径向力系数的差异,提出无β方向约束径向力补偿和有β方向约束径向力补偿方法。结果表明所提出的补偿方法具有可行性和较高的精确性。     

新型两相同步对称励磁模式开关磁阻电机及其转矩特性

电动汽车用开关磁阻电机转矩特性对电动汽车整车动力性能与乘坐舒适性能起着至关重要的作用。为了降低开关磁阻电机传统绕线布置形式进行两相同步励磁控制模式时的转矩脉动,提高其输出转矩,在揭示了传统绕线方式两相同步励磁时转矩不对称问题的基础上,通过改变电机绕组绕线方式,提出了一种新型两相同步对称励磁模式;针对建立的新型励磁模式电机电磁模型,利用数值计算方法得到了该模式下电磁转矩特性曲线,并以单相励磁模式为参考进行了对比分析。设计了新型励磁模式开关磁阻电机电磁转矩特性测试实验,实验结果验证了提出的新型励磁模式的有效性。     

正弦单极励磁开关磁阻电机电磁转矩分析

通过对开关磁阻电机施加带有直流偏置的正弦单极电流,分析开关磁阻电机的电磁转矩。正弦单极励磁电流包含直流分量和交流分量,其分别产生转子磁链和定子旋转磁场,因此,开关磁阻电机可以使用与交流电机相同的矢量控制系统。结果表明,与传统励磁的开关磁阻电机相比,采用正弦单极励磁的开关磁阻电机的电磁转矩波动更小。     

单绕组磁悬浮开关磁阻发电机励磁模式研究

为解决飞轮储能用磁悬浮开关磁阻发电机发电效率低、励磁功率不对称等问题,提出一种基于单绕组磁悬浮开关磁阻发电机(SWBSRG)的悬浮发电励磁模式。首先分析了SWBSRG的悬浮发电机理,研究了电机在全周期角度下的磁链特性和径向力特性,划分出励磁与续流发电的合理区间。然后根据虚位移法建立的等效磁路模型,推导出考虑耦合情况下绕组的电压方程和悬浮力模型。引入了零电压励磁模式,并以提高悬浮性能和输出功率为目标,给出了励磁角的优化过程。联合仿真结果表明,闭环系统在不对称励磁工况下输出电压平稳,验证了所述励磁模式的可行性和正确性。     

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法.采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电...     

横向磁场磁通切换电励磁磁悬浮直线电机的研究

在传统磁通切换直线电机的基础上,提出了一种可用于轨道交通的横向磁场磁通切换电励磁磁悬浮直线电机（TMFFSEEMSLM）。研究TMFFSEEMSLM的结构与运行原理,该电机的定子为U形磁极,动子为双H形并通过横梁连接,产生横向磁通进行导向,电枢绕组和励磁绕组均位于电机短初级上实现磁通切换,次级仅由导磁铁心构成,电励磁实现气隙磁场调节,极大地降低了远距离轨道交通的制造成本,磁悬浮使电机的初级和次级实现无摩擦运动;建立该磁悬浮直线电机的数学模型,推导电压、磁链方程以及悬浮力、电磁推力和导向力的解析表达式;建立电机的三维有限元模型,分析电机的磁场分布及其电磁参数,对电机的悬浮力、电磁推力、导向力进行仿真,研究结果验证了电机结构的可行性,可以实现牵引、悬浮与导向的一体化。     

新型轴向磁通双凸极无刷直流电机研究

针对传统开关磁阻电机存在输出转矩低的问题,本文介绍的新型轴向磁通双凸极无刷直流电机是一种在传统无刷直流电机的基础上结合开关磁阻电机的工作特性,用通电激磁线圈实现增磁、弱磁,控制输出转矩扩大电机调速范围作用的新型电机。在阐述新型电机结构和工作原理的基础上,分析了新型电机极弧的适用范围和激磁线圈调磁能力,并详细比较了新型电机与传统开关磁阻电机励磁方式及电磁转矩的差异。仿真结果表明,新型轴向磁通双凸极无刷直流电机的输出转矩有一定程度的提高。     

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析EI北大核心CSCD

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。     

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。