磁通切换永磁电机等效模型与控制策略分析

针对传统转子永磁型电机散热困难导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、减少功率密度等问题,提出了一种定子永磁型磁通切换永磁(FSPM)电机,并对该电机结构特点与等效模型进行了分析,比较了定子磁场定向控制(SFOC)、直接转矩控制(DTC)及基于空间矢量调制的直接转矩控制(SVM-DTC)三种控制方法在FSPM电机上的应用效果.运用dSPACE的实验平台,对基于SFOC的FSPM电机驱动系统进行了实验研究.仿真与实验结果表明,采用SFOC的FSPM电机转矩脉动小、电流正弦度好以及低速性能优越,更适合于低速驱动领域的应用.     

轴向磁场磁通切换永磁电机定子结构参数优化

轴向磁场磁通切换永磁（Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet,AFFSPM）电机是一种新型的盘式双凸极电机。以一台三相12/10极AFFSPM电机为例,在介绍其结构特点的基础上,采用全场域三维有限元分析方法,综合考虑感应电势和齿槽转矩两个方面,对该电机定子结构参数,包括定子齿宽、槽口宽及永磁体磁化厚度进行优化。对AFFSPM电机的进一步研究具有重要的实际意义。     

磁通切换型永磁电机非线性磁网络分析

提出了一种磁通切换型永磁电机(Flux-Switching Permanent Magnet,FSPM)的通用非线性磁网络模型,该模型可以考虑磁场饱和的影响,能对气隙磁通密度分布、电枢线圈永磁磁通和感应电动势等电磁性能进行计算。针对一台三相定子12槽/转子10极的磁通切换永磁电机,首先建立了该电机的原始磁网络模型,并利用有限元法进行了验证。然后基于原始模型,进一步综合考虑局部饱和影响,提出了初始模型。为了进一步提高磁网络分析的精度,在初始模型基础上,又提出了两种新的磁网络模型——多段永磁支路模型和导磁桥模型,其计算结果更为精确。上述磁网络模型的分析结果均得到了二维有限元计算和实验结果的验证。通过对比可知,上述磁网络模型中导磁桥模型具有最高的分析精度。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机电感计算

在介绍一种新型轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Mag-net,AFFSPM)电机的基础上,计算了一台三相12/10极AFFSPM电机的三相绕组电感,并根据电机的结构特点,对其自感和互感的大小关系给予解释。最后分别采用Park变换法和两步法计算了该电机的交、直轴电感,得到的结果一致,所得结论对AFFSPM电机的深入研究具有一定的参考价值。     

基于死区补偿的磁通切换永磁电机定子磁场定向控制

磁通切换永磁电机具有功率密度高、效率高、反电动势正弦的优点,在推导其数学模型的基础上,采用电压空间矢量调制方法,对该电机的定子磁场定向控制策略进行了分析与研究。另外,由于空间矢量调制的死区效应严重影响电机输出电流的质量,进而影响到电机的转速与转矩输出特性,采用预测电流控制方法对死区进行补偿。通过半实物仿真平台dSPACE实现了定子磁场定向控制算法,并在一台2kW磁通切换永磁电机驱动系统上验证了所提控制方法的有效性。该控制算法对其他定子永磁型电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。     

双通道磁通切换永磁电机故障模拟实验系统

为更好地研究故障状态下的双通道磁通切换永磁电机(DC-FSPM)性能,搭建了故障模拟实验平台。在对DC-FSPM电机电磁性能进行分析的基础上,设计了一种故障模拟控制器,以模拟电机的故障运行。实验结果表明,所搭建的故障模拟实验平台正确而有效,为DC-FSPM电机的可靠性技术研究奠定了基础。     

磁通切换型永磁电机转矩脉动抑制

磁通切换型永磁电机（简称磁通切换电机）是定子励磁型电机的一种,由于它在定子和转子上都开槽,因此,加载运行时尤其在低速时具有较大的转矩脉动和振动噪声。在这类电机中,由于交直轴电感几乎相等,因此其磁阻转矩平均值几乎为零,但是,会引起一定的转矩脉动。该文运用冻结磁导率方法,研究了磁通切换电机的磁阻转矩及其引起的转矩脉动产生机理;同时,该文也研究了磁阻转矩随电枢电流和定子绕组结构的变化规律。研究结果显示:在采用id=0控制时,磁阻转矩对输出转矩没有贡献,其平均值几乎为零,只会导致转矩脉动。此外,该文也分析了定、转子分别削角对磁阻转矩的影响规律。研究结果显示,采用转子直角削角和定子圆角削角相结合的方式可以使转矩脉动由25.3%降低到5.3%。     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.     

抑制分数槽永磁电机轴电压定子斜槽法

特定极槽配合的分数槽永磁电机在空载情况下会产生固有轴电压,对轴承有着不可忽视的危害,同时对电机运行的稳定性及安全性也会造成极大的影响。斜槽作为电机性能优化的常用方法,对谐波的削弱也有着很好的效果,故可以采用定子斜槽法来削弱永磁电机空载轴电压的主要谐波。首先,基于磁路原理和法拉第电磁感应定律,推导出考虑斜槽时的分数槽永磁电机空载轴电压的解析模型,分析轴电压的主要谐波成分与斜槽数的关系,给出可使轴电压得到削弱的最佳斜槽数,然后利用二维有限元法分析了不同斜槽度下的4台分数槽永磁电机的空载轴电压,结果证明了解析分析的正确性和有效性。     

一种外绕组结构的磁通切换永磁电机设计

研究了一种外绕组结构的磁通切换永磁电机,设计了一个三相12/10的外绕组型磁通切换永磁电机。推导了该电机的功率公式,并给出了其主要尺寸参数。最后使用有限元方法研究了其气隙磁密、感应电动势、转矩及损耗。有限元计算表明外绕组型磁通切换永磁电机的理论分析和数值计算结果相符合。     

凸极效应对稀土永磁同步发电机固有电压变化率的影响

采用双反应理论, 用相量法建立了相应的数学计算模型, 定量分析了凸极效应对稀土永磁同步发电机固有电压变化率的影响规律, 提出了一种降低固有电压变化率的方法, 为设计电压变化率小的稀土永磁同步发电机提供了一条途径。     

Performance Assessment of High-speed Flux-switching Permanent Magnet Machine Using Ferrite and Rare Earth Permanent Magnet Materials

This article presents the investigation and comparison of the capabilities and characteristics of high-speed flux-switching permanent magnet machines using ferrite and rare earth permanent magnet materials. Special design considerations for ferrite flux-switching permanent magnet machines under high-speed operation are proposed. Two ferrite and one NdFeB flux-switching permanent magnet machines, rated at 10 kW and 15 krpm, were designed for performance assessment. Various machine performances, including torque characteristics and loss distribution, are compared. In addition, the risk of partial demagnetization and the performance degradation due to partial demagnetization are also investigated. This research reveals several promising characteristics of the ferrite flux-switching permanent magnet machine, such as lower total loss, negligible magnet eddy current loss, and better cooling potential. The results also show the possibility of designing a high torque density ferrite flux-switching permanent magnet machine, which is comparable to the NdFeB flux-switching permanent magnet machine, taking advantage of the flux concentrating effect.     

浅谈磁通切换型轴向磁场永磁电机有限元计算

为了对磁通切换型轴向磁场永磁(AFFSPM)电机有限元计算过程中电机外围漏磁和剖分精度等问题进行研究,基于有限元计算结果,试制了一台三相12/10极AFFSPM电机样机,并对样机的感应电势进行实测。经过比较感应电势的计算与实测结果,得出在电机有限元模型外围加适当尺寸的虚拟空气罩来计及电机外围漏磁的处理方法是可行的;通过将不同剖分精度下参量的计算结果与其解析结果相比较,并综合比较其自身的变化趋势而得出的剖分精度能够满足设计需要,为AFFSPM电机的深入研究奠定基础。     

磁路互补型模块化磁通切换永磁直线电机

新型模块化初级永磁直线电机的永磁体和电枢绕组都置于初级短动子,而次级长定子结构简单,仅由导磁铁心组成,若应用在轨道交通等长定子等场合,可大大降低系统成本。在深入分析现有电机结构特点的基础上,提出一种基于磁通切换原理磁路互补的新结构。结构的互补性使每相绕组的反电势更正弦、电机总的定位力更小。介绍了模块化初级永磁直线电机的结构特点和运行原理,并基于有限元法,研究了其静态特性,具体包括对空载和单相绕组通电时的磁场及气隙磁通密度、绕组永磁磁链、空载反电动势、定位力、绕组电感以及静态推力等,并分析了永磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。理论分析和样机实验结果验证了设计方案的正确性和有效性。     

新型两相磁通切换型双凸极永磁电机的静态特性研究

提出并分析了一种新型两相磁通切换型双凸极永磁电机的结构特点和运行原理,基于有限元法深入研究其静态特性,并通过转子斜槽以改善性能.解析分析了转矩的各个分量和引起脉动的主要因素.结果表明,双极性绕组永磁磁链显著增加了电机的转矩密度,且磁链和反电动势波形从本质上都是正弦分布,特别适合于无刷交流运行.所得结果为该种电机的设计、性能分析以及运行控制等提供了重要依据.     

双边长初级磁通切换永磁直线电机推力波动分析及抑制

基于旋转型磁通切换永磁电机的工作原理和电磁发射的特点,提出了一种应用于电磁发射的新型磁通切换型长初级永磁直线电机,该电机具有推力密度大、动子结构简单、质量小的优点.首先,分析了该电机的结构和工作原理,并对该电机的电磁推力各分量的计算公式进行了推导.其次,分析了在正常和故障状态下引起推力波动的原因:根据推力波动产生的机理,针对边端定位力、磁阻力和容错控制运行状态下永磁谐波分量引起的推力波动,分别提出了采用楔形边端设计、绕组电感互补、电流谐波注入和次级错极等方法进行了优化和补偿,并通过二维瞬态有限元进行了验证仿真.最后,通过一台长次级的磁通切换永磁直线电机验证了有限元仿真的正确性以及所提出的推力波动抑制方法的有效性.     

新型磁通切换型双凸极永磁电机的静态特性研究

介绍了1种新型磁通切换型双凸极永磁电机,以1台三相12／10极样机为例分析其结构特点和运行原理,并基于有限元法,详细研究其静态特性。具体包括对空载和单相绕组通电的磁场和气隙磁密分布做了较为深入的分析,在此基础上研究绕组永磁磁链、反电动势、定位力矩、绕组电感以及静态转矩等,分析永磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。结果表明:该种电机的特点在于其双极性的每相永磁磁链显著增加了电机的转矩密度;由于其磁链和反电动势波形从本质上都是正弦分布,使得该种电机特别适合于无刷交流运行的应用场合。所得结果为该种电机的设计、性能分析以及运行控制等建立了基础。     

永磁电机中永磁体数学模型的分析

永磁体的数学模型的确定是永磁电机磁场计算中的关键。文中从电磁场基本理论出发,导出了永磁体在任意复杂形状下,不同磁化方向（平行磁化、径向磁化、圆周方向磁化）时永磁体边界上等效电流的计算方法,为永磁电机电磁场分析计算奠定了基础。