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永磁体形状对可变磁通记忆电机调磁参数影响

电工技术学报 2009年第2期24卷 14-19页

作者：刘恒川林鹤云郭健黄学良东南大学电气工程学院南京210096

采用有限元方法对不同永磁体截面形状的可变磁通记忆电机空载和直轴去磁磁场分布进行了分析,详细描述了转子内的旁路磁通和零磁通密度区域的变化情况。在此基础上,研究了永磁体形状改变对每极最大气隙磁通、气隙磁通密度、永磁体中心线... 详细信息

采用有限元方法对不同永磁体截面形状的可变磁通记忆电机空载和直轴去磁磁场分布进行了分析,详细描述了转子内的旁路磁通和零磁通密度区域的变化情况。在此基础上,研究了永磁体形状改变对每极最大气隙磁通、气隙磁通密度、永磁体中心线上的磁通密度以及最大去磁安匝数等调磁参数的影响。结果表明合理选择永磁体形状可以显著提高永磁体的利用率;永磁体形状系数小于约0.6时,容易实现对永磁体有效去磁,而永磁体截面形状接近矩形时则应该将整个永磁体工作点去磁到拐点以下才能保证去磁效果。该成果有助于此类电机的合理设计和控制。

关键词：可变磁通记忆电机永磁体形状零磁通密度

电动汽车用可变磁通外转子轮毂直驱永磁电机研究

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第10期49卷 2462-2471页

作者：刘建林冯垚径李芳刘波冯洲湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 湖南机电职业技术学院电气工程学院湖南长沙410151 湖南创博龙智信息科技股份有限公司湖南长沙410205

针对电动汽车用轮毂直驱电机技术研究现状,提出一种新型外转子结构的可变磁通永磁电机(variable flux permanent magnet motor, VFPMM)。首先提出该电机的结构拓扑,结合钕铁硼(Nd Fe B)永磁体转矩增强和铝镍钴(AlNiCo)永磁体磁通可变的... 详细信息

针对电动汽车用轮毂直驱电机技术研究现状,提出一种新型外转子结构的可变磁通永磁电机(variable flux permanent magnet motor, VFPMM)。首先提出该电机的结构拓扑,结合钕铁硼(Nd Fe B)永磁体转矩增强和铝镍钴(AlNiCo)永磁体磁通可变的特点,分析磁通调节的机理。其次,讨论电机的电磁设计规律,分析和推导永磁体的设计和计算方法,并在此基础上设计1台功率为3 kW的样机。通过有限元仿真,分析设计样机的磁化特性,获得电机的基本运行性能曲线和效率map图,验证所提电机设计的合理性。最后,制作实验样机。研究结果表明:该样机的恒功率调速范围宽,动态性能良好,全局效率较高,满足设计指标要求。

关键词：外转子永磁电机可变磁通磁化特性轮毂直驱有限元

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可变磁通永磁游标电机设计及静态特性分析

科学技术与工程 2018年第17期18卷 55-60页

作者：骆继明孔婉琦黄明明黄全振河南工程学院电气信息工程学院郑州451191 河南牧业经济学院工程管理学院郑州450044

为实现永磁电机在体积和槽数不增加情况下产生低速大转矩输出,将混合励磁概念引入永磁游标电机,提出了一种新型可变磁通永磁游标电机。通过将磁通调制极引入到电机定子齿以及在相邻磁通调制极间布置励磁绕组,实现了电机磁通可控,从而保... 详细信息

为实现永磁电机在体积和槽数不增加情况下产生低速大转矩输出,将混合励磁概念引入永磁游标电机,提出了一种新型可变磁通永磁游标电机。通过将磁通调制极引入到电机定子齿以及在相邻磁通调制极间布置励磁绕组,实现了电机磁通可控,从而保证在增磁及弱磁过程中宽调速范围运行。分析了其工作原理,采用时步有限元方法计算了电磁特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、齿槽转矩和输出转矩,对其增磁弱磁过程进行了分析。制作了一台1 kW样机;并对其静态特性进行了测试。结果表明该电机具有转矩密度大、齿槽转矩小、调速范围宽特点,适用于风力发电、电动汽车领域。

关键词：游标电机磁通调制可变磁通宽调速

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可变磁通记忆电机弱磁控制技术研究

可变磁通记忆电机弱磁控制技术研究

作者：王天刚东南大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)以其高效率、高功率密度和高可靠性在工业、国防和航空航天等领域得到了广泛的应用。然而,传统永磁电机由于其气隙磁场不可调节,导致其调速范围有限。可变磁通记忆电机(Variabl... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)以其高效率、高功率密度和高可靠性在工业、国防和航空航天等领域得到了广泛的应用。然而,传统永磁电机由于其气隙磁场不可调节,导致其调速范围有限。可变磁通记忆电机(Variable Flux Memory Machine,VFMM)使用低矫顽力永磁材料,其磁化强度可通过施加短时脉冲电流进行灵活在线调节。因此,VFMM相当于在传统PMSM的基础上增加了一个自由度,可进一步拓宽电机运行区域,并几乎无调磁损耗,可以实现全域高效运行。本文主要针对VFMM的弱磁控制技术进行研究,首先介绍了国内外记忆电机领域的研究进展,着重阐述了该类电机在控制方面中所面临的主要问题,包括永磁体磁化在线观测、调磁瞬态转矩波动抑制、电机整体运行范围拓展及全局效率优化等方面。本文结合记忆电机脉冲调磁的优点,提出了一种分段调磁控制策略,以电机转速作为调磁转折点,不同速度区间对应不同的最优磁化状态(Magnetization State,MS),在考虑各速度区间内直轴电流限幅前提下采用合适的驱动调磁控制策略。本文首先利用课题组的一台交流调磁型VFMM样机进行了静态调磁实验,测试电机的调磁区间以及磁化状态和脉冲电流之间的对应关系。实验结果表明,该样机可通过脉冲电流去磁实现两倍弱磁运行。搭建了MATLAB/Simulink模型,仿真分析了电机在i恒为0和弱磁控制两种模式下的转矩-转速曲线。仿真过程分别在电机处于最高和最低磁化状态两种情况下进行,结果表明在两种控制模式下,电机均可通过在转折点对永磁退磁以拓宽运行区域。最后采用数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)28335芯片,设计了电机驱动调磁控制硬件系统,编写了软件程序,搭建实验测试平台,测试了电机在不同磁化状态下的转矩-转速曲线,验证了电机的弱磁扩速特性,表明电机可通过脉冲调磁扩大运行区域。

关键词：记忆电机可变磁通分段调磁弱磁控制磁化状态

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可变磁通分离定子永磁型爪极电机的研究

可变磁通分离定子永磁型爪极电机的研究

作者：魏方睿哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,永磁电机的弱磁扩速问题一直是研究的热点话题。由于永磁电机的励磁磁场是由永磁体产生,电机一旦加工完成其励磁磁场难以调节,这导致电动运行时,恒功率区较窄,调速范围有限;发电运行时,电压调节范围较小,去磁困难。当需要扩速时... 详细信息

近年来,永磁电机的弱磁扩速问题一直是研究的热点话题。由于永磁电机的励磁磁场是由永磁体产生,电机一旦加工完成其励磁磁场难以调节,这导致电动运行时,恒功率区较窄,调速范围有限;发电运行时,电压调节范围较小,去磁困难。当需要扩速时,通常施加持续的d轴电流来削弱气隙磁场,此时永磁体易发生不可逆退磁,因而极大的限制了永磁电机的适用场合。本文提出了一种新型可变磁通分离定子永磁型爪极电机,采用记忆型永磁体励磁,在保证电机较高能量密度的基础上,通过电流脉冲改变永磁体的磁化水平,提高了永磁电机弱磁扩速能力的同时,使电机具有较低的调磁损耗,提高了电机的效率。首先,对可变磁通分离定子永磁型爪极电机的结构进行分析。根据励磁形式的不同,分别对串联式和并联式混合永磁体励磁结构电机的工作原理和磁路进行比较说明。针对磁路中存在的不可忽视的漏磁问题,分析了漏磁磁路并推导了主要漏磁的磁导计算式。结合主磁路以及主要的漏磁磁路建立了可变磁通分离定子永磁型爪极电机的等效磁路模型,给出了模型中各磁参量的计算式以及计算流程,并根据电机的等效磁路模型和漏磁情况建立完整的可变磁通分离定子永磁型爪极电机的数学模型。其次,对铝镍钴记忆型永磁体的调磁机理和调磁能力进行探究。从铝镍钴永磁体的退磁曲线入手,找到有效线性控制范围。在空载和额定负载条件下,对单一铝镍钴永磁体、串联式混合永磁体和并联式混合永磁体励磁形式电机的气隙磁场以及磁场调节能力进行分析,确定不同励磁形式对应的有效磁场调节范围,找到不同励磁形式磁场调节的规律。通过对比分析,总结影响可变磁通分离定子永磁型爪极电机磁场调节能力的一般规律。然后,对爪极形状与电机漏磁之间的关系进行分析,并讨论了选择斜爪形状的合理性。结合等效磁路模型中可变磁通分离定子永磁型爪极电机的主要漏磁形式,通过改变爪极结构的主要参数,探究影响电机漏磁主要的爪极结构参数。根据参数变化规律优化爪极结构的设计并验证结论的有效性。最后,对电机的运行特性进行计算。电机的运行特性包含电机的转矩以及损耗情况。在计算中,一方面讨论了电机转矩波动产生的原因,并推导了电机齿槽转矩的计算式;另一方面与常规电励磁爪极电机进行比较,比较电机在不同转速条件下的损耗和温升,验证电机在磁场调节过程中的高效性。

关键词：可变磁通爪极记忆永磁材料调磁能力漏磁

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记忆电机的研究综述及最新进展

中国电机工程学报 2013年第33期33卷 57-67,8页

作者：林鹤云阳辉黄允凯房淑华东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心江苏省南京市210096

记忆电机利用铝镍钴(aluminum-nickel-cobalt,AlNiCo)永磁材料的高剩磁、低矫顽力特性,通过施加瞬时的充去磁电流脉冲来改变永磁体磁化状态,以实现高效的在线调磁,被认为是一种真正意义上的可变磁通永磁电机,非常适于电动汽车、高速机... 详细信息

记忆电机利用铝镍钴(aluminum-nickel-cobalt,AlNiCo)永磁材料的高剩磁、低矫顽力特性,通过施加瞬时的充去磁电流脉冲来改变永磁体磁化状态,以实现高效的在线调磁,被认为是一种真正意义上的可变磁通永磁电机,非常适于电动汽车、高速机床和飞轮储能等领域的应用。根据施加脉冲调磁电流的方式,记忆电机可以分为交流脉冲调磁型和直流脉冲调磁型两大类。该文分析并总结了现有记忆电机的结构特点、工作原理和各自的优缺点,阐述了记忆电机的关键共性问题,并针对现有记忆电机存在的不足,提出了一类磁通切换型记忆电机。该类电机具有感应电动势波形正弦、气隙磁通易于调节、定位力矩和转矩脉动小和容错能力强等优点,通过在线调磁与驱动的协调控制,可以使之适用于高精度宽调速伺服应用。该文对记忆电机的理论研究与工程应用具有一定的参考价值。

关键词：记忆电机永磁电机可变磁通磁滞模型磁通切换

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混合永磁游标电机的交叉耦合特性分析

电机与控制学报 2022年第1期26卷 105-114页

作者：包广清魏慧娟吕盈盈兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050

本文针对混合永磁游标电机在空载/负载条件下的交叉耦合效应,分析两种永磁体的作用机理及其工作点的变化规律。首先,基于有限元法对气隙磁密和空载反电势进行计算,结果表明混合永磁交叉耦合效应会造成低矫顽力永磁体发生部分退磁,从而... 详细信息

本文针对混合永磁游标电机在空载/负载条件下的交叉耦合效应,分析两种永磁体的作用机理及其工作点的变化规律。首先,基于有限元法对气隙磁密和空载反电势进行计算,结果表明混合永磁交叉耦合效应会造成低矫顽力永磁体发生部分退磁,从而增加电机在线精确调磁的难度。其次通过矫顽力参数对交叉耦合效应的敏感性分析,说明低矫顽力永磁体的矫顽力越高,其抗交叉耦合能力就越强。最后,与单一永磁游标电机进行对比分析,在此基础上研究了混合永磁游标电机不同磁化水平下的气隙磁密分布、反电势和电感等特性参数的变化规律,为此类电机的永磁材料选择和拓扑结构设计及其高效在线调磁控制提供理论依据。

关键词：游标电机混合永磁可变磁通磁场调制交叉耦合电磁特性

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混合励磁永磁记忆电机弱磁性能分析

微特电机 2016年第11期44卷 30-33页

作者：姜春辉田玉冬上海电机学院上海201306

设计了一种混合励磁永磁记忆电机,采用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了仿真模型,采用有限元的分析方法,研究了电机的弱磁性能。给出了去磁时的回复线方程和充磁时的局部磁滞回线方程。对电机施加不同的直轴去磁电流,分析电机的磁力线... 详细信息

设计了一种混合励磁永磁记忆电机,采用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了仿真模型,采用有限元的分析方法,研究了电机的弱磁性能。给出了去磁时的回复线方程和充磁时的局部磁滞回线方程。对电机施加不同的直轴去磁电流,分析电机的磁力线分布和永磁体的磁密矢量分布,给出了电机在不同磁化电流下的相磁链曲线。仿真结果表明,该记忆电机具有良好的弱磁性能,同时在弱磁运行时能够保证电机始终具有一定的气隙磁密。

关键词：混合励磁可变磁通记忆电机弱磁

永磁辅助同步磁阻电机设计及转矩脉动抑制研究

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永磁辅助同步磁阻电机设计及转矩脉动抑制研究

作者：杨晨沈阳工业大学

学位级别：硕士

永磁辅助同步磁阻电机是一种高磁阻转矩少稀土消耗的新型电机,具有成本低,结构坚固,转子发热小等优势。在目前稀土供应不断缩紧价格不断走高的市场形势下,少稀土的高性能电机具备良好的发展和应用前景。因此本文研究这种电机的设计方法... 详细信息

永磁辅助同步磁阻电机是一种高磁阻转矩少稀土消耗的新型电机,具有成本低,结构坚固,转子发热小等优势。在目前稀土供应不断缩紧价格不断走高的市场形势下,少稀土的高性能电机具备良好的发展和应用前景。因此本文研究这种电机的设计方法和可变磁通设计对电机性能的优化;针对这种电机存在转矩脉动大的缺点,研究了从本体设计上抑制电机的转矩脉动的方法。最后针对多层磁障转子设计参数复杂,在初始设计阶段采用有限元法预测转矩脉动建模复杂和计算时间长的问题,研究了用解析法快速预测转矩脉动的方法。具体内容如下:首先,从永磁辅助同步磁阻的绕组设计,定子裂比和极槽配合的选择对平均转矩,转矩脉动和功率因数的影响进行了分析。基于同步磁阻电机的“U”型转子磁障设计,分析了永磁磁链对电机恒转矩区和弱磁区的转矩的影响,指出永磁体添加量的设计在提高两种速度范围内的转矩时在一定程度上存在矛盾,并据此完成了电机的设计和性能计算。分析结果证明了本文采用的设计方法的合理性,该电机做为本研究的基础模型。然后,基于该基础模型研究永磁辅助同步磁阻电机的可变磁通设计方法和该方法对电机性能的影响。从过载能力,调磁范围和永磁体的选择与串联混合永磁高低矫顽力永磁体的配比等方面分析了可变磁通理论下电机的转子设计方法。基于基础模型的定子设计,提出了可变磁通设计的转子设计方法,并设计了一台可变磁通永磁辅助同步磁阻电机。根据电机效率,转矩和机械特性以及不同电压下机械特性计算结果分析了永磁辅助同步磁阻电机设计中可变磁通设计的适用范围;从优化电机转矩和效率的角度分别阐述了可变磁通设计对调磁范围和最大永磁磁链设计的需求。最后,针对转子结构参数复杂在初始设计阶段难以准确地快速预测转矩脉动的问题。采用求解电机的非线性磁阻网络的方法计算电机定转子磁势,而求出气隙磁压降。用气隙磁压降和气隙磁导函数计算考虑定子开槽影响下的气隙磁密。最后利用Lorentz力密度积分计算电机的转矩脉动,计算结果证明该方法能够在空载和负载下准确计算气隙磁密并准确预测电机额定负载和轻度弱磁下的转矩脉动。

关键词：永磁辅助同步磁阻电机可变磁通有限元等效磁路转矩脉动