混合式永磁同步电机弱磁性能的研究

针对传统永磁同步电机弱磁性能不佳的问题,提出了应用混合式结构来改善永磁同步电机弱磁性能。研究了传统永磁同步电机的结构,得出了传统永磁同步电机弱磁困难的原因是电枢磁势和转子励磁磁势的不对等。分析了混合式永磁同步电机的结构,得出了其转子永磁体用量少,励磁磁势较小;气隙很小同步电感大,短路电流与额定电流的比值小。介绍了应用短路电流与额定电流的比值来判断永磁同步电机弱磁性能的方法,分析得出了混合式结构弱磁性能要好于传统永磁同步电机。采用了基于直轴电流负向控制的附加闭环方法进行弱磁控制,对传统永磁同步电机和混合式永磁同步电机的弱磁性能进行了对比实验,混合式结构的弱磁扩速倍数为传统式结构的2.63倍。研究结果表明,混合式结构可以有效提升永磁同步电机弱磁性能。     

内置式永磁同步电机空载气隙磁密研究

针对内置式永磁同步电机空载气隙磁密引起电机振动和噪声这一问题,以常见的"一"形和"V"形内置式永磁体转子结构为例,运用有限元分析方法,研究了"一"形结构中隔磁桥和永磁体尺寸变化对空载气隙磁场的影响,提出了分段式的"一"形永磁体结构,并对不同分段间隔"一"形结构和不同夹角"V"形结构产生的气隙波形及谐波畸变率进行仿真测试。研究结果表明,"一"形结构内隔磁桥宽度越小,气隙磁密波形正弦性越好,能够改善电机振动症状,减弱噪声;永磁体尺寸有助于提高气隙正弦性;"V"形永磁体夹角变大时,气隙正弦化会有所改善,"V"形结构具有更高的机械强度和凸极率,但气隙正弦化和永磁体利用率有所下降。     

凸形极靴表贴式永磁磁极同步电机性能优化

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差导致电机反电势波形畸变,影响电机输出性能,改良的复杂结构的永磁钢导致加工成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装凸形极靴的新型磁极结构。利用有限元软件建立3相18极54槽永磁同步电机,研究极靴参数对永磁同步电机空载径向气隙磁密、空载反电势、齿槽转矩和永磁钢涡流损耗的影响规律,获得最优极靴参数。输出特性对比分析可得,加装极靴的新型磁极电机空载反电势波形正弦性明显提高,齿槽转矩和永磁钢涡流损耗大幅度降低,电机输出性能显著改善。     

铜套式磁耦运行特性分析及散热结构设计

磁力耦合器(简称磁耦)通过永磁体磁场在导体中产生涡流来实现转矩与转速的传递,而涡流损耗将使永磁体温度升高。当温升高于永磁体退磁温度时将导致永磁体不可逆退磁,使磁耦失去工作能力。设计了一种外转子为永磁转子而内转子为铜套转子的磁耦。通过ANSYS进行电磁仿真分析,得到输出转速及转矩与耦合长度的变化关系;通过对涡流损耗进行理论分析与仿真计算,验证了永磁体极数及气隙长度对涡流损耗的影响,并设计出一种包括散热翅片及离心式风扇的散热结构。通过Flow Simulation仿真分析,验证了散热结构对磁耦的散热作用,可保证永磁体在其工作范围内长期稳定运行。     

车用永磁缓速器永磁体高温失磁研究

作为汽车辅助制动装置的永磁缓速器在工作时产生大量的热能,使转子在较短的时间内出现较大的温升,直接影响缓速器内永磁体的工作性能,严重时会引起永磁体失磁。为分析永磁缓速器中钕铁硼永磁体高温失磁的问题,建立永磁缓速器的数学模型,确定有限元分析边界条件。通过求解涡流去磁场,得到转子涡流场和永磁体比磁导分布情况,结合永磁体不同温度下退磁曲线分析永磁体失磁。试验结果验证了数值分析的正确性,表明在风冷散热条件下,永磁缓速器持续工作超过15 min永磁体会发生严重失磁,降低永磁缓速器的制动性能。     

永磁齿轮传动特性影响因素分析

采用二维有限元法,计算分析平行轴永磁齿轮的磁极对数、气隙、齿轮半径的变化对传动机构矩角特性和刚度的影响,并比较相同参数下两种不同形式的永磁齿轮的矩角特性。稳定同步运转状态下,得到两种永磁齿轮处于不同转速时的涡流损耗和主从动轮所受磁力矩的稳定情况。     

可辅助制动永磁变速器的设计与研究

永磁变速器与永磁缓速器结构相似原理相同,为使两者的功能在同一机械上实现,提出了一种可辅助制动的永磁变速器新结构,推导了永磁变速器的磁转矩方程,结合MATLAB探究了变速器的耦合、变速及辅助制动能力。结果显示磁转矩受永磁体磁极对数、永磁体厚度、磁阻等因素的影响,变速时的转速差越小,效率越高,制动时的减速度受从动盘初始转速的影响且最大可达9m/s2。最后通过ANSYS软件分析了主从动盘的变形情况,论证了可辅助制动永磁变速器的可行性。     

永磁型电主轴多频率振动的主动控制

为了有效抑制由砂轮质量不平衡及外部干扰引起的永磁型电主轴转子系统砂轮端的多频率成分振动,在无轴承永磁电机径向磁悬浮力产生原理的基础上,提出了一种基于最小方差快捷分块(FBLMS)的自适应滤波的永磁型双绕组电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制方案。首先研究了双绕组永磁型电主轴结构及工作原理和径向控制力的模型,借助有限元法建立了永磁型电主轴柔性转子系统的动力学模型,分析了控制电流的不同成分对永磁体涡流损耗及电机定子铁损的影响,设计了永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制系统,结果表明,提出的永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动控制方案具有明显的控制效果。     

高速永磁同步电机的转子结构强度分析研究

针对高速永磁同步电机转子结构设计及强度问题,对转子结构形式和永磁体材料的选择、轴径尺寸的确定、护套与永磁体之间的过盈配合、转子强度分析方法等方面进行了研究。开展了护套与永磁体之间过盈量的理论分析,使用解析法建立了转子动态过盈量的计算公式,提出了高速永磁同步电机转子的结构强度校核方法。在理论分析的基础上,利用ANSYS-workbench有限元软件对一台最高转速为7 2000 r/min的10 k W高速永磁同步电机的转子进行了热-结构耦合强度分析计算。研究结果表明,永磁体与护套之间的动态过盈量决定了转子的强度,该电机转子的过盈量最佳值为0.03 mm~0.05 mm,该转子设计合理可靠,可以满足设计要求;该有限元仿真方法能够方便地实现内嵌式转子的结构强度分析,为转子的结构优化设计提供一定的依据。     

永磁涡流调速器传动性能分析与正交实验优化

以一台双盘式永磁涡流调速器为研究对象,理解了永磁涡流驱动机理,建立了三维瞬态磁场有限元模型。仿真结果表明:导体盘上三维磁密集中区域形状与永磁盘中永磁体形状几乎相同,磁密集中区域数目与永磁体极数相同;轭铁区域内的三维磁场分布为辐射带形状,磁密值高低区域相邻布局,导体盘上产生了与永磁体数目相等的涡流回路,相邻涡流区域涡流方向相反,中间部分涡流密度较低,相邻涡流回路交界处即正对应于永磁体处的涡流密度最高,平均转矩与转差呈现递增规律,两者之间线性数学关系非常显著。运用正交实验方法研究表明:在实验约束条件下因素主次顺序依次为磁极数、永磁体宽、永磁体长、永磁体厚,确定了永磁涡流调速器关于永磁体的最佳参数方案。结果表明:较原结构平均转矩提高了14.2%,转矩密度提高了18.0%,永磁体材料减少了3.2%。     

一种大推力凸极永磁直线同步电机特性分析

针对现有永磁直线同步电机(PMLSM)推力密度较低的问题,提出了一种凸极Halbach永磁直线同步电机(SH-PMLSM)的设计方案。首先,提出了凸极Halbach永磁直线电机的拓扑结构,基于有限元分析了该型电机的次级磁场分布,确定了电机初级绕组方案,在旋转电机尺寸关系基础上,确定了该电机的主要尺寸;其次,建立了SH-PMLSM的16极15槽单元电机的模型,分析了该型电机的电磁特性;最后,在等永磁体用量、相同的初级和气隙条件下,将其与隐极式永磁直线电机(S-PMLSM)进行了对比,并分析了凸铁高度和宽度以及永磁体磁化方向对SH-PMLSM性能的影响。研究结果表明:SH-PMLSM单元电机具有更大的推力密度,输出推力比隐极PMLSM提高了10. 61%;借助Halbach阵列具有的磁屏蔽性,SH-PMLSM改善了常规凸极永磁直线电机存在的漏磁较大、推力不足的问题。     

高速加工用永磁同步电动机的性能分析与优化

根据高速精密铣削电主轴在超精细加工领域的应用特点,以150 mm外径永磁同步电主轴为例,分别从磁密分布、弱磁特性和转矩特性三个方面对电动机的转子结构进行了优化,并分析了非均匀气隙、分段永磁体、漏磁桥对电动机高速运行性能的影响,最终为设计一种弱磁特性好,转矩波动小的高速精密电主轴用永磁同步电动机提供了有价值的参考。     

航天用内置式永磁同步电机设计和仿真分析

航天用内置式永磁同步电机采用最大转矩/电流比控制方式,充分利用其磁阻转矩和高凸极率的特点实现大的弱磁扩速和最大转矩比。同时内置式永磁同步电机的转子外无护套等保护措施,转子结构的设计显得很重要。本文对一台20 k W的内置式永磁同步电机电磁参数、转子结构进行了设计,并利用有限元法对其进行了仿真分析。仿真分析的结果证实了该电机设计的正确性。     

基于转子优化的永磁电机齿槽转矩削弱方法

针对内置V型永磁同步电机(PMSM)齿槽转矩的问题,提出一种结合转子分段斜极与影响极弧系数的磁极参数的方法削弱齿槽转矩。首先根据解析式推导出分段斜极与齿槽转矩的关系,得到最佳分段数与斜极角度,然后推导出削弱齿槽转矩的最佳极弧系数,以最佳极弧系数为目标改变磁极参数,最后以一台8极48槽的永磁同步电机为例,通过有限元仿真验证该方法的正确性。研究结果表明:转子分段斜极与磁极参数结合的方法能有效削弱齿槽转矩。     

永磁同步电机常用转子结构的电磁振动分析

由于转子永磁体和定子铁芯之间存在极强的电磁吸力,当转子旋转时会引起电机定子的机械振动。现对不同转子结构的永磁同步电机的电磁振动问题进行分析比较,包括表面式、内置式转子结构,其中内置式转子结构又分径向式和切向式转子结构。首先分析了永磁电机内部的电磁力分布,通过二维电磁场的分析计算,可以得到在不同转子位置时电机内部的电磁力分布。将电磁力耦合到电机的瞬态结构有限元模型中,可以计算得到永磁同步电机的振动特性。     

High Performance Spindle Permanent Magnet Synchronous Motor Drive

讨论了永磁同步电机主轴伺服系统的工作特性，并对不同形式转子结构的弱磁能力、抗不可逆去磁能力等问题进行了深入分析和研究。分析了电机关键参数X     

磁场调制式永磁齿轮气隙磁密数理模型建立及其运行机理分析

针对磁场调制式永磁齿轮(FMPMG)的气隙磁密理论推导不完善,无法深刻揭示出FMPMG内在运行机理等问题,基于永磁电机气隙磁密及其单边有槽气隙磁导的计算方法,对FMPMG气隙磁场进行了理论分析与系统建模;认为调磁环对内、外转子所产生的调制作用是FMPMG正确运行的基础,其对一个永磁体转子所产生的调制谐波必须与另一个永磁转子的基波相匹配,才能使FMPMG按一定的传动比输出转速与转矩,且调磁环的调制作用取决于永磁体的磁极对数:磁极对数越多,其调制作用越明显;反之,则并不明显。     

电动车用永磁同步电机电磁转矩的解析计算

针对电动车车身结构振动和车内噪声的振源——永磁同步电机6i倍次(i∈N)转矩波动,研究了一种永磁同步电机6i倍次电磁转矩的解析计算方法。结合分布式驱动,根据永磁同步电机磁场梯形分布的特点,对永磁磁极在均匀气隙中的径向磁密进行傅里叶展开。通过Blondel-Park变换,将abc坐标下的磁链、电压变换成dq0坐标下的磁链和电压,提出一种分布式驱动用永磁同步电机6i倍次电磁转矩的解析计算方法,为分布式驱动用永磁同步电机的6i倍次振动提供了理论解释。计算结果与有限元计算结果比较,转矩波形基本吻合,证明此方法是正确、可靠的。     

400Hz高速磁力泵永磁联轴器磁场特性分析

鉴于包含运动边界磁场难处理的问题,为精确获得内外磁转子同步旋转隔离套静止其中时的磁场特性,应用Maxwell软件基于时步有限元法对400Hz高速磁力泵永磁联轴器进行了二维有限元瞬态计算。分析了稳态转速下的磁场分布特性,得到了不同转速及磁转角下的磁力线和涡流密度分布,给出了转矩和涡流损耗随转速、磁转角变化的关系。结果表明,内外轴式永磁联轴器输出转矩基本恒定,当转速为7800r/min,磁转角为7.5°时的波动幅值仅为平均值的0.81%;转矩不随转速变化,而随磁转角基本呈正弦变化。涡流损耗随转速增大而增大,随磁转角增大而减小;磁转角7.5°时,n=7800r/min涡流损耗为n=750r/min涡流损耗的108倍。由于隔离套涡流损耗产生的附加磁场的作用,内外磁转子气隙不同半径处的磁感应强度有所差别;相同磁转角下,R=38.1mm处周向磁密幅值均大于R=36.55mm处,且其周向磁密向磁转子转动方向偏移,而R=37.4mm处的周向磁密向磁转子转动的反向偏移。     

永磁同步电机矢量控制系统设计与仿真

永磁同步电机矢量控制策略多样,控制灵活。文章分析了永磁同步电机的由轴数学模型,在给出永磁同步电机弱磁控制原理的基础上,设计了一种新型的带弱磁控制的永磁同步电机矢量控制系统,并给出了系统框图;建立了系统的仿真模型,在MATLAB6．5／SIMULINK5．0环境下对矢量控制系统进行仿真实现。仿真结果证实了仿真系统的有效性,为永磁同步电机矢量控制系统软件设计提供了思路。