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康明斯首台本地电动空压机产品下线!

中国机电工业 2024年第3期 29-29页

作者：康明斯中国

该款电动空压机配备45kW高速电机,最高设计转速达到11万转,不仅能满足当下150kW到200kW的燃料电池系统使用需求,而且在加装涡端能量回收的条件下,更可满足240kW到260kW燃料电池的使用需求。2024开年,无锡康明斯涡轮增压技术有限公司再... 详细信息

该款电动空压机配备45kW高速电机,最高设计转速达到11万转,不仅能满足当下150kW到200kW的燃料电池系统使用需求,而且在加装涡端能量回收的条件下,更可满足240kW到260kW燃料电池的使用需求。2024开年,无锡康明斯涡轮增压技术有限公司再出新品。

关键词：燃料电池系统高速电机涡轮增压技术能量回收设计转速康明斯

考虑非晶合金应力敏感特性的高速永磁电机稳健设计

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考虑非晶合金应力敏感特性的高速永磁电机稳健设计

作者：邬烔华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

高速永磁电机相较于普通电机具有功率密度高、运行效率高、动态响应快等优点,广泛应用于航空航天、飞轮储能、高速空压机、高速数控机床等领域。但是随着电机转速与频率的不断升高,硅钢材料的铁心损耗也会急剧增加,导致电机运行效率下... 详细信息

高速永磁电机相较于普通电机具有功率密度高、运行效率高、动态响应快等优点,广泛应用于航空航天、飞轮储能、高速空压机、高速数控机床等领域。但是随着电机转速与频率的不断升高,硅钢材料的铁心损耗也会急剧增加,导致电机运行效率下降。非晶合金作为一种新型的软磁材料,具有高磁导率、低损耗等特点,非常适用于高速电机。但非晶合金较为轻薄、脆,对机械应力非常敏感。因此,本文对非晶合金高速永磁电机进行优化设计,以减低谐波对铁心损耗的影响,计算其运行损耗与效率,同时借助稳健设计方法对定子结构参数进行优化,减小定子齿根部应力脉动及轭部应力均值,降低非晶合金定子铁心的运行应力对高速电机性能的影响,并针对永磁转子进行转子动力学性能分析,对高速永磁电机在实际工程中的安全运行具有重要意义。本文通过对比平行充磁、传统三段式Halbach、Halbach+组合磁极、组合磁极平行充磁4种方案的充磁效果,选取了性能最好的Halbach+组合磁极结构作为转子永磁结构。然后将多目标遗传算法与田口法相结合,对永磁转子结构参数进行优化,减小气隙磁密谐波含量以降低反电动势中的谐波以及对铁耗的影响。根据非晶厂家实测数据,拟合得到三项式铁损模型系数,然后依次计算了非晶合金高速电机的定子铁损、绕组铜损、转子涡流损耗、机械损耗,得到运行效率。具体计算了一台35kW、48000r/min高频硅钢电机的损耗与效率,并与非晶合金电机数据进行对比。建立了非晶合金定子铁心应力分析模型,比较了电机空载运行与负载运行时,电机定子上的应力与应变变化。并在负载运行的条件上,借助稳健设计方法对定位孔半径、槽底倒角、槽口宽度3个定子结构参数进行了稳健设计,以减小非晶合金定子铁心的应力对高速电机性能的影响,提升运行稳定性。建立了转子动力学分析模型,对初始转子设计方案进行校验。通过改变轴承支撑刚度,得到了轴承支撑刚度与临界转速之间的变化关系,并根据空气轴承的支承刚度大小,初步判断使用空气轴承作为转子支撑的方案可行性。本文的研究内容对于非晶合金高速永磁电机的优化设计与定子应力分析具有重要意义。

关键词：高速电机非晶合金优化设计稳健设计转子动力学

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冲击载荷下航空发动机转子振动特性试验方法

振动与冲击 2023年第19期42卷 1-6页

作者：聂卫健王金舜唐广杨晓光张建波李坚北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室湖南株洲412002

以某舰载涡桨发动机动力涡轮转子为研究对象,基于动力学相似设计原则设计了与真实转子动力特性一致的模拟转子,并验证了动力学相似设计的正确性。提出一种冲击载荷下转子振动特性试验方法,在振动台上开展高速电机抗冲击性能和转子在冲... 详细信息

以某舰载涡桨发动机动力涡轮转子为研究对象,基于动力学相似设计原则设计了与真实转子动力特性一致的模拟转子,并验证了动力学相似设计的正确性。提出一种冲击载荷下转子振动特性试验方法,在振动台上开展高速电机抗冲击性能和转子在冲击载荷下的振动特性试验研究,验证了高速电机具备不低于10 g的垂向抗冲击性能,提取了转子在冲击载荷下的瞬态振动响应,获取了冲击时振动响应主要频率成分。研究表明,模拟转子动力特性与真实转子具有良好一致性,冲击时振动响应基频不变,但存在较复杂的其他频率成分。研究为某舰载涡桨发动机的研制提供了技术支持,为转子在冲击载荷下的动力学试验提供了方法。

关键词：舰载涡桨发动机高速电机瞬态振动响应振动特性冲击载荷

基于改进复矢量解耦的高速永磁同步电机无位置传感控制研究

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基于改进复矢量解耦的高速永磁同步电机无位置传感控制研究

作者：陈飞宇浙江大学

学位级别：硕士

由于永磁同步电机具有损耗小、效率高、功率密度高等优点,其在工业、生活等领域得到许多应用。随着电力电子变频技术的发展,人们对电机转速的需求越来越高,高速电机以及相应的控制技术也就应运而生。由于高速段位置传感器可靠性下降,甚... 详细信息

由于永磁同步电机具有损耗小、效率高、功率密度高等优点,其在工业、生活等领域得到许多应用。随着电力电子变频技术的发展,人们对电机转速的需求越来越高,高速电机以及相应的控制技术也就应运而生。由于高速段位置传感器可靠性下降,甚至无合适可用的位置传感器或成本的限制等问题,研究无位置传感控制技术对于高速电机来说十分必要。此外,当电机运行在高速段时,d、q轴电流交叉耦合现象突出,影响电流环控制性能,因此有必要改进电流环的控制。首先,本文介绍了无位置传感器控制和解耦控制的研究现状,对永磁同步电机进行数学建模,完成基于矢量控制的有位置传感器控制仿真。接着引入基于滑模观测器的无位置传感控制技术。针对其抖振问题,对比分析了几种常用的切换函数,并引入变滑模增益技术来进一步消抖,仿真证明4)2)8)4)(9函数具有优越性。针对电流耦合问题,本文首先通过零极点图与波特图分析了未解耦、反馈解耦、复矢量解耦的控制性能,分析结果表明相比于反馈解耦,复矢量解耦与电机参数无关,鲁棒性好。然而复矢量解耦需要PI参数满足一定的比例关系,为拓宽其应用范围,本文提出了一种基于电流补偿的改进方法,进一步提升复矢量解耦的控制性能。最后,在实验平台上实现了基于改进复矢量解耦的无位置传感控制技术。首先验证了改进后的滑模观测器能够实现高速电机的稳定运行,接着通过对比未解耦、反馈解耦、复矢量解耦和改进复矢量解耦的解耦性能,验证了改进后的复矢量解耦具有更佳的控制性能。

关键词：永磁同步电机无位置传感控制高速电机解耦控制滑模观测器

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非晶合金高速永磁电机的设计及损耗研究

非晶合金高速永磁电机的设计及损耗研究

作者：王家宝沈阳工业大学

学位级别：硕士

高速电机凭借其高转速、高效率以及高功率密度等特点在航空航天、船舶、液体泵及其他特种领域中得到广泛应用。但随着电机转速的不断提升,铁耗过高的问题也随之而来,导致能源利用率降低,与绿色可持续发展的目标相悖。非晶合金是一种高... 详细信息

高速电机凭借其高转速、高效率以及高功率密度等特点在航空航天、船舶、液体泵及其他特种领域中得到广泛应用。但随着电机转速的不断提升,铁耗过高的问题也随之而来,导致能源利用率降低,与绿色可持续发展的目标相悖。非晶合金是一种高磁导率、低铁耗的软磁材料,尤其是在高频磁场的作用下,其铁耗仅为传统冷轧硅钢片的10～20%,应用非晶合金软磁材料制作电机定转子铁心可大幅降低电机铁耗,因此本文对非晶合金软磁材料进行多物理场试验,探究多物理场耦合作用下非晶合金的磁性能变化规律,基于测试数据实现电机性能的精确计算,并进行样机制作与测试,验证理论分析的正确性,具体研究内容如下:(1)非晶合金软磁材料基础性能探究及多物理场测试对非晶合金软磁材料及传统硅钢进行基础磁性能测试研究,探究退火工艺及高温腐蚀对非晶材料性能的影响规律,并完成非晶合金材料的损耗分离。对非晶合金进行多物理场试验,完成变温、变应力环境下的非晶合金磁特性变化规律研究。(2)基于非晶合金软磁材料的高速永磁同步电机设计及性能优化根据技术指标及设计要求完成高效高速电机的设计,进行非晶合金与硅钢电机的性能对比,根据非晶合金的材料特性对电机结构进行针对性改进,完成电机结构参数对电机基础性能的影响分析。(3)考虑高温腐蚀影响及多物理场耦合作用的损耗模型修正及损耗分析根据研究内容(1)中完成的高温腐蚀后的损耗分离及研究内容(2)中完成的应力对非晶合金材料性能的影响规律探究,完成对电机有限元仿真模型的重建,根据电机内部的应力场与温度场的分布情况,对电机不同部位赋予相应状态下通过多物理场试验得到的材料数据,以实现电机模型的精确仿真。(4)合金高速电机的样机制造及性能测试分别应用非晶合金及传统硅钢两种软磁材料进行样机制作,并对其进行基础性能测试,完成两台电机的电机性能对比,验证多物理场测试及精确仿真的准确性。

关键词：非晶合金高速电机损耗修正多物理场

无绳吸尘器高速单相无刷直流电机控制系统的研究与开发

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无绳吸尘器高速单相无刷直流电机控制系统的研究与开发

作者：郑建梅广东工业大学

学位级别：硕士

相对于三相无刷直流电机,单相无刷直流电机的应用领域少一些,但在某些场合,单相无刷直流电机有着独特的优势。与多相无刷直流电机相比,单相无刷直流电机的机械结构更简单,生产成本更低廉,故在一些对电机控制精度要求较低的产品上,具有... 详细信息

相对于三相无刷直流电机,单相无刷直流电机的应用领域少一些,但在某些场合,单相无刷直流电机有着独特的优势。与多相无刷直流电机相比,单相无刷直流电机的机械结构更简单,生产成本更低廉,故在一些对电机控制精度要求较低的产品上,具有不错的应用价值。本文根据吸尘器企业的实际需求,为用于手持式无绳吸尘器的一款单相无刷直流电机设计控制系统,该电机在吸尘器中作为风机使用。课题要求控制系统能使该电机带动风叶以超高转速稳定运行,最大转速超过每分钟10万转,为吸尘器提供强大吸力;电机转速分级可调,以满足不同工作场景的使用要求;电机运行时的振动和噪声较小,提升用户体验;系统能安全可靠地运行,出现任何异常情况时能及时地停机报警。基于以上需求,本文主要研究工作如下:首先,分析了永磁单相无刷直流电机的工作原理。针对单相电机具有起动死点的问题,电机的气隙被设计成不均匀的结构,使得电机静止时具有一个偏心转矩,转子可以成功起转。分析单相无刷直流电机各组成部分的工作原理,研究单相无刷直流电机的工作过程。推导了电机的简化数学模型,为电机控制策略的制定建立理论基础。其次,对单相无刷直流电机的换向策略进行了研究和分析。本课题设计的电机系统具有三种速度模式,分别是高速模式、中速模式和低速模式,根据不同的速度模式,需要采用不同的控制策略。在高速模式时,由于传统的单相无刷直流电机的控制方式不能满足用于无绳吸尘器的高速电机的性能要求,本文提出了一种将提前换向和关断续流相结合的控制方法,使电机的转速突破了100000r/min。针对电机在中低速模式运行时,会产生大电流尖峰的问题,提出了一种在绕组导通区间内插入一段短续流区间的方法来平缓电流波形,减小电机运行时的转矩波动。再次,设计了永磁单相无刷直流电机的硬件方案。基于电机系统的功能需求完成了硬件系统的总体设计和芯片选型。根据硬件系统的总体设计分别设计出电源电路、程序下载与复位电路、H桥逆变电路、电流采样电路、霍尔信号检测电路、电流放大及过流保护电路等各个电路模块,完成电机控制系统硬件电路的开发。然后,设计了永磁单相无刷直流电机的软件方案,对电机系统的各个功能模块进行了软件开发。根据高、中、低三种速度模式下电机运行的特点,对相应的电子换向流程进行了设计。通过固定导通角,对超前角进行PI调节的方式实现恒功率,保证电机系统在电压和负载动态变化的情况下仍能维持恒定的输出功率。为了优化电机的起动性能,设计了以低占空比的PWM起动电机的控制方式,使电机先以较低的电流和转速起动,电机起动成功并稳定运行一段时间后再切换控制策略进入不同的速度模式。最后,搭建了实验平台,对设计完成的电机系统进行了各项测试。对使用低占空比的PWM起动电机的控制方式进行了实验,证明了该起动方式能够以较小的电流安全可靠地起动电机;对电机的恒功率控制策略进行了实验,证明了电机在各速度模式下均能以设计好的恒定功率稳定运行,恒功率控制效果良好;将设计完成的电机系统安装进吸尘器中,对吸尘器整机性能进行测试,实验结果表明,本文研究的电机系统,应用于吸尘器时,能为吸尘器提供强大的吸力,其各项性能达到了商用标准。

关键词：永磁单相无刷直流电机高速电机不均匀气隙吸尘器提前换向

电动涡轮增压用高速永磁电机性能分析与优化设计

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电动涡轮增压用高速永磁电机性能分析与优化设计

作者：顾佳磊东南大学

学位级别：硕士

高速电机较常规转速电机具有功率密度高、体积小、重量轻等优势,可与高速负载直连,是未来发展的重要方向,在重大装备和智能制造等领域具有广阔的应用前景。同时,高速电机的分析、设计及控制也比常规转速电机更为复杂,从基本的电磁设计... 详细信息

高速电机较常规转速电机具有功率密度高、体积小、重量轻等优势,可与高速负载直连,是未来发展的重要方向,在重大装备和智能制造等领域具有广阔的应用前景。同时,高速电机的分析、设计及控制也比常规转速电机更为复杂,从基本的电磁设计拓展至电、磁、热、力等多物理场耦合设计,推动电机设计向多场化、系统化和自动化发展。在此背景下,本文对高速电机的优化方法进行了深入研究。首先,分析了高速电机的运行特性和设计特点,基于Python电机优化设计工具,完善了高速电机多物理场自动化仿真分析平台。然后,针对大规模优化计算量大、耗时严重的问题,研究了基于代理模型的电机优化设计方法。最后,针对确定性设计无法保证批量产品质量的不足,本文研究了基于可靠性的高速电机鲁棒性优化设计方法。本文研究内容与主要成果如下:1.梳理了高速电机多物理场之间的耦合关系,着重从磁—热以及热—应力方面分析了电磁、温升和应力之间的相互影响方式,总结归纳出大规模优化中电机性能的计算方法,完善了自动化优化设计平台。2.以一台3.2k W、60000r/min表贴式高速永磁电机为研究对象,设计了磁—热双向耦合、热—应力单向耦合多目标优化框架。通过电机参数相关性分析,降低了优化变量的维度;通过电机性能相关性分析,将成本最小化和转矩最大化作为优化目标。之后,基于自动化优化设计平台完成了大规模高速电机多目标优化设计。3.研究了多层感知机、支持向量回归、广义回归神经网络和Kriging模型在电机优化中的应用。提出了同时考虑预测精度和优化耗时的综合模型评价指标,提炼了基于代理模型的高速电机优化详细流程,并且比较了不同代理模型的优化结果。4.针对通常需要对优化结果进行二次有限元验算的问题,本文充分利用初始数据集中的信息,创新性地在回归模型之外引入分类器用于辨别并筛除优化结果中的无效设计,提高了基于代理模型大规模电机优化的准确性,减少了二次验算的工作量。5.为了准确计算鲁棒性优化目标的均值、方差以及约束条件的有效率,将多项式混沌切比雪夫区间法和权重指数蒙特卡洛法相结合,详细分析了这两种方法的基本原理和实现方式,并针对代理模型在不确定性区间精度不足的问题,提出了局部代理模型策略,显著改善了电机鲁棒性优化的精度。

关键词：高速电机优化设计代理模型鲁棒性优化优化平台

一种基于双重锁相环的高速永磁同步电机转子位置估计误差全补偿方法

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中国电机工程学报 2020年第3期40卷 962-969页

作者：顾聪王晓琳邓智泉多电飞机与电气系统重点实验室(南京航空航天大学)

高速永磁同步电机(high-speedpermanentmagnet synchronousmotor,HSPMSM)驱动性能与转子位置信号检测精度密切相关。基于反电动势滑模观测器(high-speed permanentmagnetsynchronousmotor,EMF-SMO)的位置估计方案具有鲁棒性强的优势。然而高速运行条件下,观测器环路中的滤波器、零阶保持器、代数环等非理想环节将引起明显的相位估计误差。为了有效补偿相位估计误差,该文提出一种基于双重锁相环的新型EMF-SMO方案,其基本原理在于,通过主动引入前述非理想环节对电流信号进行延迟重构,将重构电流信号与估计位置信号进行二次锁相,构成双重锁相环,无需定量即可实现相位估计误差全补偿。该方法未引入任何敏感参数,鲁棒性强。该文针对一台400W/15000rpm高速永磁同步电机进行仿真与实验,仿真与实验结果验证了所提出双重锁相环方案的有效性。

关键词：高速电机无位置传感器位置估计误差锁相环

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碳纤维护套高速永磁电机热态转子强度

浙江大学学报（工学版） 2015年第1期49卷 162-172页

作者：陈亮亮祝长生王萌浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

针对表贴式高速永磁电机碳纤维护套转子的强度计算问题,将转子受力状况简化为平面应力问题,推导了高速热态永磁转子的强度解析解.分别采用解析解和有限元法分析一台表贴式高速永磁电机的转子强度.结果表明,2种方法的计算结果吻合,解析... 详细信息

针对表贴式高速永磁电机碳纤维护套转子的强度计算问题,将转子受力状况简化为平面应力问题,推导了高速热态永磁转子的强度解析解.分别采用解析解和有限元法分析一台表贴式高速永磁电机的转子强度.结果表明,2种方法的计算结果吻合,解析解能够准确计算高速热态永磁转子的应力和位移.在转子强度解析解的基础上,研究护套厚度和转子静态过盈量对强度的影响,总结了表贴式高速永磁电机碳纤维护套转子的强度变化规律.

关键词：碳纤维高速电机热应力强度计算永磁体