无轴承开关磁阻电机的减振控制策略

脉动的径向电磁力导致的定子振动问题阻碍了磁阻电机的推广应用。该文研究了一种利于减小无轴承开关磁阻电机(bearingless switched reluctance motor，BSRM)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转子悬浮所需悬浮力一定的前提下，以减小定子极受到的径向电磁力为控制依据。基于悬浮运行原理和数学模型，叙述了减振控制策略的基本原理；推导了主绕组电流、悬浮绕组电流、开通关断角等电机相关控制参数的计算方法；并给出了系统控制框图。仿真和实验结果均证实了新的控制策略不仅能实现电机的稳定悬浮旋转运行，同时有利于减小 BSRM 定子电磁振动，验证了理论分析的正确性和可行性。     

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。     

基于MOPSO的BSRM两步换相时间间隔优化

将抑制开关磁阻电机(SRM)换相冲击振动的两步换相法引入无轴承SRM(BSRM),从时域和频域两个角度,研究了两步换相时间间隔对BSRM相电流、定子极径向力和振动加速度的影响,提出了基于多目标粒子群(MOPSO)算法的BSRM两步换相时间间隔优化方法,以从总体上最大限度地降低BSRM定子的换相冲击振动.     

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。     

对降低开关磁阻电动机振动和噪声的两步换相法频域分析

针对开关磁阻电动机运行的振动和噪声问题,基于频域分析方法,研究了电压PWM运行方式下,采用两步换相法降低开关磁阻电动机振动和噪声的机理。仿真结果表明,采用两步换相可以减小电流和径向力的波动;在电机出力相同的情况下,可以减小电机的振动和噪声;在平均径向力相同的情况下,可以提高电机的出力;适当地微调控制参数减小某些频率点的电流幅值,可避免与定子固有频率谐振,减小振动和噪声。     

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。     

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。     

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。     

开关磁阻电机振动分析

开关磁阻电机的电磁噪声来源于电磁振动,通过改变电机定转子结构,从而改变定转子气隙磁密,减小气隙中的径向磁密,同时减小径向电磁力与转矩脉动,达到抑制电磁振动的目的,减小了开关磁阻电机振动,并通过傅里叶分解径向磁密观察径向磁密谐波含量,分析定子振动。通过Ansoft求得电磁力密度加载到Ansys Workbench瞬态结构中定子上,观察定子结构应力变化。得到了新定子、转子结构能有效的改善电机的振动情况。     

一种单绕组无轴承开关磁阻电机绕组开路故障容错控制策略

无轴承开关磁阻电机(BSRM)具有双凸极结构,转矩脉动大是制约其运行性能和应用范围的主要因素之一,而采用直接瞬时转矩控制和直接悬浮力控制(DITCDFC)方法可以有效抑制其转矩脉动。基于这种控制方法,该文针对12/8极单绕组BSRM的绕组开路故障,提出一种容错控制策略,实现了电机单齿极绕组开路故障容错运行时的稳定悬浮。首先阐述了单绕组BSRM的悬浮原理及DITCDFC的工作原理,然后对绕组开路故障下的悬浮力缺失进行补偿,重新构造容错运行时的电压符号选择表。最后通过Matlab/Simulink模型仿真及原理样机实验,验证了该控制策略在单绕组BSRM绕组故障容错运行时具有良好的控制性能。     

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。     

定子磁链辨识的无轴承同步磁阻电动机解耦控制

实现转矩与悬浮力解耦是无轴承电机正常运行前提,而解耦通常都是利用转矩与径向悬浮力相关控制结构及变量实现,即转矩的控制策略受到解耦要求的约束。无论开环或闭环矢量控制,无轴承同步磁阻电机d-q轴定子电流控制都是已知的。采用波波夫超稳定性理论构造磁链的两相静止坐标U-I观测模型;并对其积分带来的问题进行相应补偿。以此观测得到的磁链构成解耦控制器,从而实现转矩、悬浮力能自由选择控制策略而不受解耦限制,使无轴承同步磁阻电机能适应更广泛的应用场合。仿真实验结果表明,利用这种策略可以实现对无轴承同步磁阻电机独立控制,且在定子电阻参数变化下仍能精确解耦,并且系统具有良好的动静态性能。     

单绕组无轴承开关磁阻电机转子偏心时悬浮力的分析与计算

无轴承类电机转子的偏心运行是不可避免的,由有限元分析可知转子偏心对其径向受力影响较大,忽略转子偏心时的径向受力分析将很难实现转子的稳定悬浮运行。而目前有关无轴承类电机的径向力计算都没有考虑转子偏移量的影响,只是计算转子在中心位置时的受力情况。鉴于此,针对具有结构简单优势的单绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM),本文提出了考虑转子偏移量的径向力数学模型,给出了绕组电流、电机结构参数、转子偏移量、转子旋转位置与径向力之间的数学关系。同时考虑到转子偏心对电磁转矩的影响较小,推导了忽略偏心影响的电磁转矩解析式。与有限元分析对比结果验证了本文径向力与转矩数学模型的正确性。最后,基于推导所得的数学模型对单绕组BSRM径向力与转矩控制进行了初步的动态仿真研究,进一步验证了数学模型的准确性与实用性。     

无轴承开关磁阻电机悬浮绕组短路故障下的容错运行控制方法

为了提高无轴承开关磁阻电机(BSRM)的可靠性,研究了BSRM悬浮绕组短路故障下的容错运行控制方法。首先,基于正常运行的电机数学模型,推导得到短路电流模型和电机容错数学模型,通过有限元仿真验证数学模型的正确性;其次,基于容错模型提出悬浮力及转矩补偿策略,通过有限元仿真及Matlab/Simulink动态建模仿真对所提控制策略进行分析和验证;最后,通过样机悬浮绕组短路实验验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于有限元模型的开关磁阻电机振动研究

振动和噪声问题阻碍了开关磁阻电机的推广应用。防止径向力的谐波频率与定子固有频率产生谐振是减小振动和噪声的有效手段,因此确定定子径向力及振动加速度波形并进行频谱分析是减振降噪研究的首要前提。本文通过有限元计算得出不同转子位置、不同电流激励下的定子径向力,基于有限元模型并结合开关磁阻电机振动频域响应函数在Matlab/Simulink仿真环境下建立了开关磁阻电机振动仿真模型,对输出的径向力及振动加速度波形进行频谱分析,从而可找到其主要的谐波分量。本文的研究对于选择合适控制策略来减小开关磁阻电机的振动和噪声有积极意义。     

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。     

绕组连接方式对开关磁阻电机振动影响的研究

开关磁阻电机（SRM）具有结构简单坚固、控制灵活简便等优点,但较大的振动和噪声在一定程度上制约了其在各行业的广泛应用。SR电机的绕组连接方式不仅会对电机的电磁性能带来影响,也会影响电机振动噪声的大小。径向力是引起开关磁阻电机电磁噪声的主要原因。本文针对四相8/6开关磁阻电机,分析NNNNSSSS、NSNSSNSN这两种常用绕组连接方式下磁链和径向力差异;并以径向力为激励建立SR电机振动的有限元模型,研究不同绕组连接方式对振动响应的影响。通过实验进行验证得到结论:当SR电机运行在磁路饱和工作状态下,采用NNNNSSSS定子极性排布的连接方式更有利于减小电机运行时的振动。     

一种12/8极单绕组BSRMWR的转矩脉动控制策略

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于其定、转子的双凸结构和脉冲式的电源供电方式,存在转矩脉动较大的问题,选择合适的开通角与关断角有望改善其转矩性能。针对宽转子齿无轴承开关磁阻电机(BSRMWR),提出了一种改善型控制算法。该算法通过分析换相时的绕组上升与下降电流,在保证悬浮力跟踪良好的前提下,调节换相时的开通角与关断角,以达到抑制其转矩脉动的目的。基于该电机磁阻的双相导通原理,建立转矩和悬浮力的数学模型,分析了该控制策略的基本原理,给出了其参数计算方法。仿真结果验证了该控制算法的可行性和有效性。