永磁同步力矩电机的多领域联合设计与分析

基于Ansys、MATLAB/Simulink等仿真软件,对永磁同步力矩电机的工作特性进行多领域分析。以抑制转矩脉动和振动为目标对电机进行电磁仿真和模态分析;仿真电机空载最高转速的转子离心应力和转子结构形变;校核技术指标要求的最高转速工作点的运行可靠性;基于Ansys Simplorer平台对电机控制系统的转矩特性进行联合仿真;分析电机加工工艺对电机性能的影响。从而从整体系统角度出发,寻求最优的电机设计方案。     

大型单框架磁悬浮控制力矩陀螺研制关键技术研究

控制力矩陀螺属于航天器姿态控制与机动惯性执行机构,磁悬浮控制力矩陀螺具有输出力矩大、微振动、低噪声、长寿命等特点,是敏捷机动卫星、空间站、天空实验室等理想的惯性执行机构之一.在阐述磁悬浮控制力矩陀螺工作原理、结构特点的基础上,介绍了磁悬浮控制力矩陀螺的电磁设计原理、结构分布及控制系统设计过程.基于大型磁悬浮控制力矩陀螺的主要技术指标,详细分析了大型单框架磁悬浮控制力矩陀螺的三个关键技术和解决途径.包括大承载力永磁偏置磁轴承的设计、制造和控制技术;低功耗高速永磁无刷直流电机的设计、控制技术;低速高精度Halbach型框架电机设计、制造、装配和控制技术.为磁悬浮控制力矩陀螺的进一步工程化应用提供了有效的技术途径.     

基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术

非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。     

国产稀土电机的研制及永磁材料的应用

特种军用的稀土永磁直流力矩电机以往依赖进口，特别是φ28、φ70、φ90的电机。本文结合我们在永磁直流力矩电机国产化设计研制中的特点来阐述当今的永磁材料钐钴，钕铁硼高性能强磁材料，在电机技术的发展中提供可观的实用价值与广阔的前景。     

提高陀螺永磁力矩器稳定性的改进设计

文章阐述了陀螺永磁力矩器的工作原理及误差模型,分析了影响永磁力矩器力矩系数的各种因素,确定了影响陀螺永磁永磁力矩器力矩系数稳定性的主要因素,提出了提高力矩温度系数稳定性的改进措施,试验结果验证了改进措施的有效性.     

永磁容错电机最优转矩控制策略实验

 永磁容错(FTPM)电机不仅具有容错和故障隔离能力,还继承了一般永磁电机功率密度大、转矩脉动小的优点,故在航空用电力作动系统中得到大力发展。最优转矩控制(OTC)算法可以实现电机在正常和故障时(一相断路或短路)输出电磁转矩脉动最小化。本文设计了750 W六相十极FTPM电机最优转矩控制系统平台,提出了两种简单实用的绕组故障诊断方法,对最优转矩控制算法进行了实验研究。实验结果表明,该算法能够实现故障前后转矩转速性能基本不变,且转矩脉动均小于20%,故障时动态响应快。     

基于次级错齿的C型铁心双边直线永磁开关磁链电机

直线永磁开关磁链电机(LFSPM)适合长次级直线驱动场合,这是由于永磁体和电枢绕组都在短初级,而长次级结构简单可靠性高。很多应用场合都要求电机具有高推力,但往往也需要低的推力脉动。为此,对1台双边C型铁心的直线永磁开关磁链电机(DSLFSPM-C)进行研究和改进。利用有限元软件先对电机进行推力优化,然后为了在不影响平均推力的情况下有效地减小推力脉动,分别利用次级错齿和端部永磁体两种结构对电机进行了改进。分析结果表明,改进后的DSLFSPMC具有相对较低的法向力、高的推力输出以及较低的推力脉动。     

高速无轴承永磁电机设计与分析

高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。     

混合动力汽车ISG用混合永磁同步电机转子研究

设计了一款混合动力汽车集成式起动发电机(ISG),用钕铁硼和铁氧体混合永磁的永磁同步电机(PMSM)。分析了两种永磁体的结构参数对电机磁路的影响规律,推导了钕铁硼和铁氧体并联磁路的约束条件；以铁氧体的不可逆退磁量和电机的基本性能为优化目标,通过场-路结合的方法,确定了钕铁硼和铁氧体的结构参数；并与传统的钕铁硼PMSM在电机性能和永磁体成本等方面进行了比较分析。研究结果表明,所提出的ISG混合永磁电机能有效地减少永磁体材料成本和铁氧体退磁风险,电机性能达到了设计要求。     

高速永磁电机综合设计与分析

高速非晶合金永磁电机设计受电磁、机械、温升的制约,因此高速非晶合金永磁电机的设计是一个多物理场综合设计的过程。针对高速非晶合金永磁电机设计受多物理场制约的问题,基于多物理场的分析方法,分析了非晶合金材料对高速永磁电机电磁性能的影响；研究了内置式永磁转子在高速运行状态下的应力分布,并分析了轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响；针对高速非晶合金永磁电机损耗分布特点研究了其温度场的分布。基于提出的多物理场综合设计方法,设计并制造了一台额定功率15 kW、最高转速30 000 r/min的高速内置式非晶合金永磁电机,并对样机进行了试验,验证了仿真分析与设计方法的可行性,为高速非晶合金永磁电机的设计提供参考。     

基于磁极分段优化的内置式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法

内置式永磁同步电机的齿槽转矩会带来转矩脉动、电机控制精度变差、振动与噪声等一系列的问题,因此采取有效的削弱齿槽转矩措施至关重要。采用解析计算分析了永磁体径向分段对齿槽转矩的影响,在此基础上提出了一种改进的永磁体分段方法,从而有效地减少永磁体分段后对电机的反电动势和输出平均转矩等性能的影响。此外,基于改进的永磁体非均匀分段方法,还提出了一种永磁体不等厚非均匀分段来削弱齿槽转矩的新方法,并采用有限元法对永磁体均匀分段、非均匀分段和不等厚非均匀分段3种方法进行仿真验证和对比分析。仿真结果表明,采用永磁体不等厚非均匀分段方法的齿槽转矩削弱效果最佳。     

基于二阶滑模算法的永磁电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制(DTC)方法低速控制精度差、转矩脉动大、开关频率不稳定等问题,提出了一种基于二阶滑模控制的永磁电机DTC方法。该控制方法基于二阶滑模控制原理,将传统磁链控制器与转矩控制器以滑模控制器替代,对空间电压进行矢量调制,提高了开关频率的稳定性,获得了良好的动态稳定性,改善了电机输出性能。仿真与试验结果表明,该控制方法能够有效减小电流脉动与转矩脉动,同时提高了控制系统的抗干扰能力,实现了电机的快速动态响应,具有较强的鲁棒性能。     

改进新型齿结构对磁通切换永磁电机转矩指标的影响

基于12槽/10极磁通切换永磁电机(FSPMM)提出了定子切边齿、转子U型槽齿、转子凸缘齿3种新型齿形,以有效减小FSPMM电机的齿槽转矩和转矩波动。通过2D有限元法从平均转矩、齿槽转矩、转矩波动等方面对不同新型齿形的FSPMM的性能进行了全面的分析和评估。结果验证了所提出的3种新型齿形状,特别是转子U型槽齿和凸缘齿可以减小齿槽转矩和转矩波动,平均转矩只有轻微的减小。     

基于四开关三相变频器的永磁同步电机驱动系统转矩脉动优化控制

针对低成本三相四开关变频器构成的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题,提出了一种系统转矩脉动优化控制策略。系统中存在的转矩脉动分为低频和高频转矩脉动,对于由直流电容电压波动产生的低频脉动,采用了引入一种基于非正交坐标变换的补偿方案,而对于高频脉动,分析评估了不同调制策略的影响,选择了最优调制策略。此外,线性调制范围设置考虑了系统直流电容电压波动,避免了低频脉动造成的过调制。同时,还设计了电容电压偏移抑制控制以扩大线性调制区范围。试验结果验证了新型控制策略抑制系统转矩脉动的效果明显。     

永磁同步电机转矩脉动抑制方法

分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。     

三相永磁容错电机单相故障的容错控制

为了使三相永磁容错电机在单相故障后仍能输出满足要求的转矩,提出了容错电流优化控制方法。针对开路故障,利用故障前后磁动势不变的原则,得到了故障时的容错补偿电流,实现对转矩脉动的补偿。针对短路故障,利用分开补偿的策略,对由短路电流引起的转矩脉动和缺相不对称转矩脉动进行分开补偿,进行了电流矢量合成,实现了电机在短路时输出转矩脉动的最小化。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证了所提出容错控制方法的有效性。     

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。     

基于非对称SVPWM的电动汽车五相永磁无刷电机容错控制

针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。