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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一种新型双定子8/3极开关磁阻电机转矩模型

提出了一种新型双定子8/3极开关磁阻电机。在分析其结构和原理的基础上,建立等效磁路模型和磁路分割模型,得到了自感、互感和气隙磁导公式,进而推导出该电机的转矩数学模型。最后利用有限元分析软件,验证了该数学模型的正确性,并对比了双定子8/3极开关磁阻电机与双相励磁8/6极开关磁阻电机在转矩输出特性上的优缺点。结果表明双定子8/3极开关磁阻电机具有更加平稳的输出转矩。     

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。     

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。     

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。     

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。     

无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析

阐述了无轴承开关磁阻电机径向悬浮力产生的原理,考虑电机内复杂的磁场饱和情况,定性分析了主、副绕组电流大小对悬浮力的影响.计及磁场饱和,建立了无轴承开关磁阻电机的有限元分析模型,以一台3kW样机为例计算了各种主、副绕组电流组合时的转矩与悬浮力.数值计算结果验证了定性分析所得结果,表明无轴承开关磁阻电机在运行中存在比传统开关磁阻电机更加复杂的磁饱和现象,磁饱和使得电机悬浮力与绕组电流关系严重非线性,而且悬浮力大小并非总是随绕组电流的增加而增加,存在随电流增加悬浮力减小的情况,这必然给稳定悬浮控制带来困难.     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。     

无轴承开关磁阻电机的转矩计算

无轴承开关磁阻电机具有体积小、效率高的优点,分析了无轴承开关磁阻电机的电磁力产生的原理,用增强能量增量法推导计算了电机转矩的方程式,并使用有限元方法对电机的转矩进行了计算验证,分析了电机的转矩特性,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机设计提供了参考。     

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。     

Radial Force Analytic Modeling for a Novel Bearingless Switched Reluctance Motor When Considering Rotor Eccentricity

Abstract—Analytic modeling of radial forces is proposed for the novel bearingless switched reluctance motor, where the rotor eccentricity is taken into account. The novel bearingless switched reluctance motor's model is never disclosed, even though there are many advantages, such as fewer suspension windings and simpler control circuit and algorithm, when compared to the conventional bearingless switched reluctance motor. The analytic model of radial forces is very important to achieve this new bearingless switched reluctance motor's suspension control. The rotor eccentricity is a key cause to affect the radial forces. This article calculates the air-gap permeances through considering rotor eccentricity. The self-inductance and mutual-inductance expressions of the motor torque windings and the suspension windings are derived by using the magnetic equivalent circuit method. The derived radial force model discloses the effects of winding currents, rotor position angle, and rotor eccentricity displacement. The finite-element analysis based results verify the built model.     

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磁场及力特性的分析

分析了无轴承开关磁阻电机(SRM)径向悬浮力产生原理.考虑磁饱和,以非线性磁化曲线为基础,建立了无轴承SRM的ANSYS有限元二维模型,对一台原理样机进行了电磁场分析,计算了转矩与悬浮力特性.将计算结果与采用线性磁化曲线时的有限元结果进行了比较,结果显示出考虑磁饱和的必要性,同时为样机的有效控制奠定了基础.     

一种磁悬浮开关磁阻电机的自适应控制器

磁悬浮开关磁阻电机结合了同步电机和磁轴承的优点.本文考虑到电机参数的时变性,设计了适用于磁悬浮开关磁阻电机的自适应控制器,并对其进行了仿真.仿真结果表明了该控制系统具有良好的动静态性能.     

基于ANSOFT开关磁阻电机建模与控制策略的仿真研究

基于ANSOFT软件建立开关磁阻电机二维和三维有限元模型,采用不同控制策略对开关磁阻电机有限元模型进行动态仿真研究。将有限元仿真结果与MATLAB仿真结果进行比较,结果表明有限元法建立的模型及其驱动系统有利于对电机转矩和磁链特性进行准确分析,同时能指导开关磁阻电机及其控制系统的设计和优化。