五种拓扑结构的永磁同步电动机性能分析与比较_王艾萌
不同拓扑结构混合整流器性能评估
第 32 卷第 16 期
பைடு நூலகம்
王久和 等
不同拓扑结构混合整流器性能评估
213
0
引言
随着电力电子技术的发展，既具有无源整流器
的可靠性高、效率高的优点，又具有有源整流器的 低谐波电流扰动、高功率因数优势的混合整流器越 来越受到国内外很多学者的重视 [1] 。目前，研究主 要关注于混合整流器的拓扑结构 [2,3]、控制方法 [4-7] ， 但对混合整流器效率，功率密度，功率质量比，降 低成本、体积、质量等性能指标的多目标优化研究 日益引起众多学者的关注
王久和 常 伟 陈启丽
北京 100192 ） （北京信息科技大学自动化学院 摘要
针对五种不同拓扑结构的混合整流器原理进行分析，建立构成混合整流器的无源器
件、半导体芯片、散热系统和辅助元件模块关于损耗、体积和质量模型。采用非支配遗传算法Ⅱ （ NSGA-Ⅱ）在给定系统和模块的参数条件下，求解由电感器、电容器、MOSFET 管和二极管构 成的半导体模块，风机和散热器构成的散热系统以及控制板、驱动器和辅助电源模块构成的辅助 模块的损耗、体积和质量。依据得出的数据建立相对效率、功率密度、功率质量比、无源器件相 对损耗、半导体芯片相对面积性能指标，得到不同开关频率性能指标之间关系和比较结果。在不 同开关频率时，根据模型求解的数据和性能指标比较图，综合比较五种不同拓扑结构的混合整流 器系统性能指标，得出三电平单向 Vienna 型混合整流器（ 3LUVHR）系统性能最优。 关键词： 混合整流器 整流器 中图分类号： TM461 原理分析 非支配遗传算法Ⅱ 性能指标 三电平单向 Vienna 型混合
[8-13]
（ a ）两电平双向混合整流器（ 2LBHR ）
。
Johann W. Kolar 教授提出采用多目标优化的方 法，对单相功率因数校正（ Power Factor Correction, PFC ） 整 流 器 效 率 和 功 率 密 度 性 能 指 标 进 行 优 化[14]，使得整流器的效率达到 99.2%，功率密度达到 7kW/dm3，但存在成本高、质量大的缺陷。文献 [15] 对多种 PFC 整流器，如升压型 Vienna 整流器和降 压 型 Swiss 整 流器 的多种 性能 指标进 行多 目标优 化，并构建实验模型验证了系统优化的效果。 本文对五种不同拓扑结构混合整流器的工作原 理、性能指标进行了综合分析，并对各种混合整流 器综合性能指标进行了对比。所提混合整流器综合 性能指标确定及评估可为其他电力电子装置进行综 合指标优化提供参考。
五种拓扑结构的永磁同步电动机性能分析
利。３其他 自动装置中， （） 备用电源 自投控制装置和 电压 、 无功综合控制装置
采用 集 中组屏 结 构 ， 安装 于 控 制室 或 保 护 室 中 。 ２ ．３ 全 分散 式 ．２ 全 分散 式 的变 电站 自动 化 是 以一 次 主 设备 如 开 关 、 变压 器 、 线 等为 母
和内置式。 在表面式永磁 同步电动机 中， 永磁体通常呈瓦片形， 并位于转 子 铁心的外表面上 ， 这种电机的重要特点是直 、 交轴的主 电感相 等； 而内置式 永磁同步电动机的永磁体位于转子内部， 永磁体外表面与定子铁心 内圆之间 有铁磁物质制成的极 靴， 可以保护永磁体 。
（） ４分段 永磁 体 电机 由于在 两 个 永磁 体之 间 增 加 了磁通 流 通路 经 ， 磁 永 体 产生 的 磁链 减 少 ， 同的 电柩 电流使 去磁 能 力加 强 ， 而使 电机 的弱 磁 能 相 从 力 增 加 ， 以 比传 统 内 置式 永磁 电机 具有 较 宽 的 恒功 率 运行 范 围 ； 所
上述 三 种 变 电站 自动 化 系统 的 推 出 ， 虽有 时 间 先后 ， 并 不存 在 前 后 但 替 代的 情 况 ， 电站 结 构形式 的选 择应 根据 各 种系 统特 点和 变 电站 的实 际情 变
况， 予以选配 。 以Ｒ 如 ＴＵ为基础的变电站 自动化系统可用于 已建变 电站的 自动化改造 ， 而分散 式变电站 自动化系统 ， 更适用于新建变 电站。 由于微 处理 器 和 通 信技 术 的迅 猛 发 展 ， 电站 自动 化 系统 的 技 术水 平 变 有 了很 大 的提 高 ， 构体 系 不断 完善 ， 结 全分 散 式 自动 化 系统 的 出现 为变 电站
对 空载 反 电动势 进 行 谐 波分 析 ， 结果 表 明 ， 面 式谐 波 含 量最 低 ， 表 分 段 内置 式 和ｗ型 内置 式的 电压 谐波 畸变 率 都 比传统 内置 式 的低 ， 即谐 波含 量 少 ，而 ｖ 内置式 的谐 波含 量 相 对 较大 。 型
基于磁极偏移的新型永磁同步电机性能研究
基于磁极偏移的新型永磁同步电机性能研究∗王艾萌;马德军;舒思婉【摘要】48-slot 16-pole surface mounted permanent magnet synchronous generator model was established by Ansoft Maxwell. The cogging torque of permanent magnet generator was analysed in theoretically, and poles are shifted for different angles with the related theory, the original model and the new one that shifted were compared from the running performance of no load and on load. Simulation results show that is helpful to reduce the motor noise, vibration and control precision, to optimize the power quality.%应用Ansoft软件建立了48槽16极的表贴式永磁同步发电机模型，并以减小齿槽转矩为目的，分析了永磁发电机齿槽转矩的来源，依据磁极偏移原理对电机模型部分磁极做了不同角度的偏移，对磁极均分和磁极偏移后的新型电机模型从空载和负载情况下的运行性能做了对比研究。
仿真表明，有利于减小电机的噪声、振动及控制精度，优化了电能质量。
【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】5页(P33-36,40)【关键词】永磁同步发电机;磁极偏移;性能研究【作者】王艾萌;马德军;舒思婉【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，河北保定 071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，河北保定 071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchro-nous Motor, PMSM)不需要励磁绕组和直流励磁电源，省去了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷结构，具有结构简单、运行可靠、体积小、功率质量比与电机效率高、固有电压调整率低等一系列优点[1]。
五种拓扑结构的永磁同步电动机性能分析与比较
表 １ ７ ５ｋ 内 置 式永 磁 同步 电 动 机 基本 参 数 ． Ｗ
额 定 输 出功 率／ ｗ ｋ ７５ 定 子铁 心 长 度／ ｍ ． ｍ ７ ５
突出 ， 耗 、 效 已经 成 为 现 代 汽 车 发 展 的根 本 要 低 高 求 。汽 车 电机要 求 高 起 动转 矩 ， 够在 一 个很 宽 的 能 速 度范 围 内保 证恒 功 率 输 出 ， 外 还 要考 虑 到 空 间 此
的永磁 同步 电动 机进 行 了优化 设 计 和有 限元分 析 ，
种 拓 扑
结 构 结 果对 比说 明 了五种 不 同结构 的特点及 性能 。 的
永 磁
１永磁 同步 电动机的拓扑结构 和优化设计 永磁同步电动机转子磁路结构不同， 电动机的
◇ ◇
（ ）表 面式 ａ （ ）传 统 内置式 ｂ （ ）分段 内置 式 ｃ
。通过 对 永磁
额 定 转 速／ ｒ・ ｉ ） ３２０ 气 隙 长度 ／ （ ｍｎ ０ ｍｍ 定 子 槽 数 定 子 铁 心 外径 ／ ｍｍ 定 子 铁 心 内径 ／ ｍｍ ４ 永 磁 体厚 度 ／ ｍ ８ ｍ １５ 隔 磁 磁桥 宽度／ ｍ ７ ｍ １０ Ｒｂ ｍ ２ ｉ ｍ ／
内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析
内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析李吉程;王爱元;王成敏;殷世雄
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。
除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。
首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。
其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。
最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。
结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。
【总页数】10页(P103-112)
【作者】李吉程;王爱元;王成敏;殷世雄
【作者单位】上海电机学院电气学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.转子分段斜极对内置式永磁同步电机性能的影响
2.内置式永磁同步电机转子结构基于灵敏性研究的优化分析
3.车用永磁同步电机的不同转子拓扑结构性能对比及振动噪声分析
4.不同转子拓扑对永磁同步电机性能的影响
5.内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析
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新型五相内嵌式永磁同步电机的转矩与损耗解析计算
新型五相内嵌式永磁同步电机的转矩与损耗解析计算内嵌式永磁同步电机(IPMSM)以其高效率、高转矩密度的优势,在电动汽车等领域获得了广泛应用。
然而,为了充分利用磁阻转矩,IPMSM通常具有较高的电流密度且转子易饱和,进而导致较高的转矩脉动和损耗,这会使电机在运行过程中产生振动、噪声、发热、效率降低等不良现象。
因此,在IPMSM的设计与优化过程中,对其转矩和损耗的准确计算显得至关重要。
为了抑制IPMSM的转矩脉动,本文采用多相设计,将非对称结构和偏移极结构引入IPMSM,形成了一种新型五相非对称偏移极IPMSM,并通过优化极弧角与偏移角,有效地提升了该电机的转矩性能。
在此基础上,考虑定子开槽、磁饱和效应、非对称结构和磁极偏移的影响,提出了适用于该IPMSM的永磁转矩、磁阻转矩的解析方法,并揭示了其转矩脉动的产生和抑制机理。
此外,提出了三种基于定子磁密的铁耗解析方法,实现了对铁耗及效率的有效计算。
本文的研究内容涉及对IPMSM的设计与优化,对转矩与损耗相关参数的解析计算,以及对样机加工与实验验证等,为该类型电机的优化设计与解析计算提供了理论基础和技术借鉴。
本文的主要研究成果总结如下:1.提出了一种新型五相非对称偏移极IPMSM来提高转矩性能。
首先根据需求选择出合适的相数和极槽配比,设计出五相对称V型IPMSM。
在此基础上,通过优化极弧角和偏移角来降低电机的转矩脉动。
同时,分析了电机的转矩性能,验证了该设计方法的有效性。
2.提出了一种适用于所研究IPMSM的永磁转矩解析方法。
基于绕组函数理论,推导了定子磁动势的表达式;利用等效磁路模型,推导了气隙磁密和永磁体产生的转子磁动势的表达式;利用洛伦兹力定律,推导了转矩表达式。
同时,为了提高转矩解析的精度,详细考虑了非对称结构、磁极偏移和定子槽效应等因素的影响。
此外,通过有限元法验证了解析法的有效性,并分析了转矩脉动的产生与抑制机理。
3.提出了一种适用于所研究IPMSM的磁阻转矩解析方法。
抑制内置式永磁同步电机纹波转矩的实用设计方法_王艾萌
参数值 1. 5 14. 3 8 48 3 000 155 98 41 0. 4 D23 － 50
定子外径 / mm 定子内径 / mm 铁心轴向长度 / mm 气隙 / mm 铁心材料
B r， 6 m1 sin（ 6 mωt ± γ d ） B r， 1
T1 为平均转矩， 式中， 即定转子基波磁密相互作用产
［24］
0
引
言
。
一般地 ，脉动转矩 （ Pulsating Torque ） 被定义为 纹波 转 矩 与 齿 槽 转 矩 之 和。 齿 槽 转 矩 （ Cogging Torque ） 是空载时由永磁转子的磁场与定子开槽磁阻 相互作用产生的转矩， 纹波转矩 （ Ｒipple Torque ） 是 负载时定子磁动势与转子电磁特性 （ 包括转子永磁体 磁场以及转子磁阻的变化） 相互作用产生的转矩。 本 文重点研究削弱纹波转矩的新方法 。 传统的削弱纹波转矩的方法主要有斜槽， 磁极 形状优化等方法， 但大多数是针对表贴式电机或传 3］给出了内 统一字型内置式永磁体的， 虽然文献［
2 pπ 0
47 卷
1
纹波转矩分析与计算
已知内置式永磁同步电机 d，q 轴坐标系及电流
矢量如图 1 所示，γ d 为电流矢量与 d 轴夹角。
图1
内置式永磁同ห้องสมุดไป่ตู้电机 d，q 轴及电流矢量
［4 ］
已知电机气隙中的能量 W m 定义为
Wm =
2 2 2 ［ B2 ）］ dθ s = r cos （ ωt － θ s ） + B s cos （ ωt － θ s － δ ） + 2 B r B s cos （ ωt － θ s ） cos （ ωt － θ s － δ
永磁电机拓扑
永磁电机拓扑是指永磁电机定子和转子的配置和形状。
不同的拓扑结构会对电机的性能产生影响。
常见的永磁电机拓扑包括径向磁通、轴向磁通、横向磁通和磁通切换等。
这些拓扑结构各有特点，例如径向磁通电机更常见且更容易生产，但轴向磁通电机具有更高的功率和扭矩密度。
此外，还有一些特殊的永磁电机拓扑，如磁场调制型磁力齿轮和传统永磁同步电机复合而成的复合拓扑结构。
这种结构通过引入磁力齿轮的磁场变极和减速效应，可以成倍放大永磁电机的输出转矩，实现转矩密度的大幅提升。
在选择永磁电机拓扑时，需要根据具体的应用和设计限制进行考虑，例如电机的尺寸、重量、功率密度、扭矩密度、气隙、绕组因数、冷却和制造等因素。
同时，还需要考虑成本和可用性等因素。
总之，永磁电机拓扑是永磁电机设计和制造中的重要环节，需要根据具体的应用需求进行选择和优化。
永磁交流电机转子拓扑结构对比分析与优化设计
永磁交流电机转子拓扑结构对比分析与优化设计发布时间：2023-02-20T08:45:32.039Z 来源：《科学与技术》2022年19期作者：王浩亮俞志君张学军[导读] 近年来由于控制技术的进步，内置式转子磁路结构的电机产品逐步出现，由于内置式转子结构可以充分利用转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，提高电机的功率密度，使得电机的动态性能较表贴式转子结构有所改善，具有较大的应用意义且其制造工艺更为简单，尽管漏磁系数和加工成本会有一定的增大。
王浩亮俞志君张学军江苏远东电机制造有限公司江苏泰州 225500摘要：随着我国伺服电机技术的迅猛发展，在永磁电机开发过程中，表贴式永磁电机因其具有更好的控制性能得到了广泛的应用；近年来由于控制技术的进步，内置式转子磁路结构的电机产品逐步出现，由于内置式转子结构可以充分利用转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，提高电机的功率密度，使得电机的动态性能较表贴式转子结构有所改善，具有较大的应用意义且其制造工艺更为简单，尽管漏磁系数和加工成本会有一定的增大。
那么在现有表贴式永磁电机的基础上，主要通过改变转子磁路结构，微调定子结构，由表贴式改为内嵌切向式转子结构，以探索和获得内嵌式永磁伺服电机性能变化。
关键词：表贴式永磁电机；磁阻转矩；内嵌切向式结构；性能变化0 引言根据转子上永磁体放置的位置不同，永磁电机的转子结构可以分为表贴式和内置式；永磁电机具有高功率密度、高转矩、低损耗等优点，其采用钕铁硼等强磁材料励磁，不需要外界能量即可维持其磁场，永磁电机没有转子损耗，由于其功率因数高、运行电流低、总损耗小等，其在运动控制、节能方面等方面得到了越来越多的应用；本文以一台4极15.7kW油压机用表贴式永磁伺服电机为参照，利用该电机定转子等尺寸建立二维有限元仿真模型，开展相关计算；基于电机材料通用性考虑，定子外圆尺寸保持一致，开展内嵌式伺服电机的设计，电机叠厚不大于表贴式参数，获得内嵌式伺服电机仿真数据；转子磁路结构的不同，电机的运行性能、控制方法、制造工艺和适用场合也会不同，但在常规应用场合，两种磁路结构的伺服电机所受使用限制较少。
定子模块化分数槽集中绕组电机性能分析
ａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ＦＥ ｒｅｓｕｌｔｓꎬ ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｇａｐ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｒ ｍａｃｈｉｎｅｓ ｃｏｕｌｄ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ
ｆｌｕｘ ｐａｔｈꎬ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃꎬ ｔｏｒｑｕｅ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅｓ. Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ
低ꎬ 磁耦合小ꎬ 这种电机具有较高的弱磁扩速性能
起ꎬ 不仅便于自动化绕线ꎬ 从而降低成本ꎬ 也提高
和容错能 力
[２ － ５]
ꎮ 对 于 分 数 槽 集 中 绕 组 电 机 而 言ꎬ
了定子槽满率ꎻ 电机在维修时ꎬ 只需拆下模块化电
单层绕组比双层叠绕组具有更高的绕组因数ꎬ 更高
பைடு நூலகம்
机故障相的定子模块即可ꎮ 模块化定子结构使各相
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ￣ｓｌｏｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｗｉｎｄｉｎｇｓ ( ＦＳＣＷ) ｍａｃｈｉｎｅｓ
ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ ｉｎｓｅｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｇａｐ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｕｎｗｏｕｎｄｅｄ ｔｅｅｔｈ. Ｔｈｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｍａｃｈｉｎｅｓ ｈａｄ ｔｗｏ ｓｌｏｔ /
ｐｏｌｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ (１２￣ｓｌｏｔ / １０￣ｐｏｌｅ ａｎｄ １２￣ｓｌｏｔ / １４￣ｐｏｌｅ) ꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｍａｃｈｉｎｅｓ
( ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｒｅ) ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｒ ｍａｃｈｉｎｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ( ＦＥ) ｓｏｆｔｗａｒｅ. Ｂｙ ａｎ￣
永磁同步电机控制系统PID参数在线辩识新方法
永磁同步电机控制系统PID参数在线辩识新方法
许文强;王艾萌;孟明;魏亮;来旭红
【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2009(036)004
【摘要】传统的PI控制器不具备参数在线辨识功能,这使得系统的性能达不到最优的控制.目前,PID参数在线辨识功能在高性能交流永磁伺服控制系统中受到越来越广泛的重视.根据速度环等效原理和经典控制理论,推导出了转动惯量的数学表达式及其与PI参数的关系,并结合查表法整定PI参数,算法简单,适用性较强.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】许文强;王艾萌;孟明;魏亮;来旭红
【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定,071003;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定,071003;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定,071003;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定,071003;华北电网有限公司承德供电公司,河北承德,067000
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于Matlab的永磁同步电机控制系统建模仿真新方法 [J], 杨平;马瑞卿;张云安
2.递推辩识参数自整定PID控制器 [J], 郝立军;赵晓东;吴涛
3.永磁同步电动机参数的系统辩识测定方法 [J], 马雷;姚守猷
4.基于系统辩识的PID参数自整定 [J], 谭鹤良;范大祥
5.基于改进混合遗传算法参数辩识的数控火焰切割机PID调节器的优化设计 [J], 黄金花; 刘继清
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新型永磁游标电机拓扑结构
新型永磁游标电机拓扑结构引言新型永磁游标电机是一种新型的电机结构，采用永磁材料作为磁场源，通过游标的运动实现转子和定子之间的磁场耦合，从而实现电机运转。
本文将对新型永磁游标电机的拓扑结构进行深入探讨。
传统电机结构的缺陷传统的永磁电机结构主要包括永磁同步电机、永磁直流电机等。
这些电机结构存在一些不足之处，如磁场泄漏、铁耗损等。
为了克服这些问题，研究人员提出了新型的永磁游标电机结构。
新型永磁游标电机的基本原理新型永磁游标电机采用了游标结构，游标由铁芯和绕组构成。
游标可以自由运动，同时通过电流的输入，可以改变游标的位置，从而改变转子和定子之间的磁场耦合关系，实现电机的运转。
新型永磁游标电机的磁场分布更加均匀，磁场泄漏现象得到了一定程度的抑制。
新型永磁游标电机的拓扑结构新型永磁游标电机的拓扑结构包括转子和定子两部分。
转子部分包括游标、永磁材料和转子绕组等组成，定子部分包括定子绕组和定子铁芯等组成。
通过电流输入，可以控制游标的位置，从而控制转子和定子之间的磁场耦合关系。
新型永磁游标电机的优势新型永磁游标电机相比传统电机结构具有以下优势： 1. 磁场均匀：通过游标的移动，可以实现磁场的均匀分布，减小磁场泄漏现象。
2. 铁耗损降低：新型结构可以减小铁耗损，提高电机的效率。
3. 控制灵活：通过控制电流，可以实现对游标位置的精确控制，进而实现对电机性能的优化。
新型永磁游标电机的应用前景新型永磁游标电机具有广阔的应用前景，可以应用于各种领域，如工业制造、交通运输、家电等。
其优异的性能和灵活的控制特性，使其成为未来电机领域的研究热点。
结论新型永磁游标电机是一种具有优越性能的电机结构，通过游标的运动和电流的控制，实现了对转子和定子之间磁场耦合关系的灵活控制。
新型结构克服了传统电机结构的一些缺陷，具有更好的磁场分布和较低的铁耗损，展现出广阔的应用前景。
随着电机技术的不断发展，相信新型永磁游标电机将会在各个领域得到广泛应用。
永磁同步电动机的鲁棒MR-ILQ最优电流控制
永磁同步电动机的鲁棒MR-ILQ最优电流控制
徐建英;刘贺平
【期刊名称】《控制与决策》
【年(卷),期】2006(21)8
【摘要】提出了永磁同步电动机鲁棒参考模型逆线性二次型最优电流控制系统的结构和数学模型,设计了最优电流控制系统的伺服控制器,分析了系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪性能.以内埋式永磁同步电动机为例,对系统进行了仿真研究.仿真结果表明,系统对参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性,可以实现高精度的电流控制和动态解耦.
【总页数】5页(P893-897)
【关键词】MR—ILQ设计方法;永磁同步电动机;鲁棒性;渐近解耦;电流控制
【作者】徐建英;刘贺平
【作者单位】北京科技大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.永磁直线同步电动机的鲁棒二次最优控制 [J], 范峣屹;郭庆鼎;
2.一种鲁棒滑模永磁同步电动机DTC控制 [J], 任燕;刘卫国;皇甫宜耿
3.永磁同步电动机的鲁棒逆解耦控制系统研究 [J], 王学梅;刘刚
4.永磁直线同步电动机垂直提升系统的鲁棒H∞控制 [J], 卢宏亮;袁世鹰
5.永磁同步电动机的参考模型逆线性二次型(MR-ILQ)最优电流控制跟踪鲁棒性 [J], 徐建英;刘贺平;周建洪
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基于混合遗传算法的内置式永磁同步电机的优化设计
基于混合遗传算法的内置式永磁同步电机的优化设计王艾萌;温云【摘要】分别应用田口法、遗传算法(GA)和混合遗传算法(HGA)对电动汽车用内置式永磁同步电机(IPMSM)转子结构相关参数进行优化设计,使电机的转矩、转矩脉动、铁耗及效率等性能最优.经过以上三种优化方法的优化,除了转矩、转矩脉动、铁耗及效率等性能均得到有效提升外,IPMSM的弱磁扩速能力也大大增强,由田口法和GA结合而成的HGA优化效果最佳.此外,GA和HGA优化方案的永磁体用量减少,可节约电机制造成本.%The applied of Taguchi method,genetic algorithm (GA) and a proposed hybrid genetic algorithm (HGA) in optimizing the rotor structure relative parameters of interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM) for electric vehicle application to get optimal performance for torque,torque ripple,the iron loss and efficiency.Through the optimal design of above 3 methods,not only the performance of torque,torque ripple,the iron loss and efficiency obtained effectively improve,but also flux-weakening capacity of IPMSM has enhanced significantly.And the HGA,which combined Taguchi method with GA,was optimized for best result.In addition,the mass of needed permanent magnet of GA and HGA design was decreased,which saved manufacture cost of machine.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)003【总页数】8页(P59-65,95)【关键词】内置式永磁同步电机;田口法;遗传算法;混合遗传算法;优化设计【作者】王艾萌;温云【作者单位】华北电力大学新能源国家重点试验室,河北保定071003;华北电力大学新能源国家重点试验室,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM351内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)相比于其他类型电机具有功率密度高、调速范围宽、效率高等优点，因而广泛地应用于电动汽车驱动系统[1]。
新能源汽车用永磁同步电机转子拓扑结构优化设计
新能源汽车用永磁同步电机转子拓扑结构优化设计2.浙江中车尚驰电气有限公司，浙江海宁314400；3.湖南省新能源汽车工程技术研究中心，湖南株洲412001[摘要]随着能源危机和环境污染问题日趋严重，新能源电动汽车逐步成为研究热点。
驱动电机作为动力核心部件，其性能的好坏直接决定了整车的性能。
受产品转子冲片性能影响，原双V型转子结构方案的车用永磁同步电机存在转矩脉动大、制造成本高等问题，本文了设计一款U+1型转子拓扑结构。
对比两种转子拓扑结构下电机的电磁性能，结果表明在满足技术参数和设计要求的前提下，优化方案可对电机电磁性能进行提升和有效的降本。
[关键词]新能源电动汽车；驱动电机；转子拓扑；优化设计Optimization Design of Rotor Topology of Permanent Magnet Synchronous for New Energy VehiclesWang ding1,2,3(1.CRRC ZhuZhou Motor Co.,LTD,ZhuZhou 412000,China;2.Zhejiang CRRC Shangchi Electric Co.,LTD,Zhejiang 314400,China;3.Hunan Provincial Engnieering Research Ceter for Electric Vehicle Motors, Zhuzhou 412001,China)Abstract:With the increasingly serious problems of new energy crisis and environmental pollution, new energy electric vehicles have gradually become a research hotspot. As the power core component, the performance of the driving motor directly determines the performance of the whole vehicle. Due to the influence of the rotor sheet,the original double V rotor structure scheme for vehicle permanent magnet synchronous motor has problems of large torque ripple and high manufacture cost. In this paper, a U+1 rotor topology structure is designed, and the electromagnetic performance of the two kinds of rotortopology is compared .The results show that under the premise of meeting thetechnical parameters and design requirements, The optimization scheme can improve the electromagnetic performance of the motor and effectively reduce the cost.Key words:New energy electric vehicles;Driving motor;Rotor topology;Optimal design0前言永磁同步电机因其具有结构简单，高功率密度、高转矩、宽调速范围等优点，广泛应用于国防、航天与工业领域，近些年随着新能源行业的迅猛发展，内置式永磁同步电机在新能源汽车中被越来越多采用且对其性能的要求也逐步提高[1-2]。
五种拓扑结构的永磁同步电动机性能分析与比较_王艾萌
图 2 永磁体重量比较
可见 ,内置式需要的永磁体较表面式少 。因为 内置式由于磁路不对称 ,有磁阻转矩产生 ,所以相对 于表面式 ,在产生相同的输出转矩时 ,内置式用的永 磁体量要少 。 2. 2 空载反电动势和脉动转矩的比较
转矩波动主要由齿槽转矩和脉动转矩两部分组 成 。齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和铁 心之间相互作用产生的转矩 ,会导致电动机产生振 动和噪声 。而常用消除齿槽转矩的方法有定子斜 槽 、转子斜极 、减小定子槽口宽度 、改变极弧系数等 。 定子斜槽在理想情况下可以完全消除齿槽转矩并且 简单易行 ,因此得到广泛应用 。本文的模型都是基 于斜槽后的模型 ,因此齿槽转矩可以忽略不计 。
求 。汽车电机要求高起动转矩 ,能够在一个很宽的
速度范围内保证恒功率输出 ,此外还要考虑到空间
狭小等的限制 。永磁电机以其效率高 、功率密度高 、
体积小 、重量轻 ,具有弱磁扩速潜力等诸多优点 ,成
为电动汽车驱动电机的理想选择 [ 1 - 3 ] 。通过对永磁
电机优化设计 ,可以使电动机的恒功率运行范围扩
关键词 :永磁同步电动机 ;拓扑结构 ;弱磁调速 ;有限元分析 中图分类号 : TM 341 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7018( 2010) 04 - 0020 - 04
Perfor mance Ana lysis and Com par ison of F ive PM SM Topolog ies
大 ,特别是永磁转子结构的不同对电机特性的影响
已有研究 [ 4 - 6 ] ,文献 [ 4 ]总结了各种不同永磁转子
五 拓扑结构的性能比较 ,包括表面式 、内置式单层 、双
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大 ,特别是永磁转子结构的不同对电机特性的影响
已有研究 [ 4 - 6 ] ,文献 [ 4 ]总结了各种不同永磁转子
五 拓扑结构的性能比较 ,包括表面式 、内置式单层 、双
种 拓
层及多层永磁转子的特点 。本文对五种永磁转子结
扑 构的永磁同步电动机进行了优化设计和有限元分
结 构
析 ,结果对比说明了五种不同结构的特点及性能 。
对空载反电动势进行谐波分析 ,比较结果如表 3所示 。结果表明 ,表面式谐波含量最低 ,分段内置 式和 W 型内置式的电压谐波畸变率都比传统内置 式的低 ,即谐波含量少 ,而 V 型内置式的谐波含量 相对较大 。
相应的额定电流下脉动转矩比较如图 3所示 。
图 3 额定电流下脉动转矩的比较
可见 ,表面式脉动转矩最小 ,分段内置式和 W 五
V 型内置式 、分段内置式 、传统内置式和表面式 。
能
永磁同步电动机的转矩公式 :
分
析 与
T
=
3 2
p (λd
Iq
-
λ q
Id
)
(5)
比
较 下面对比额定电流情况下五种拓扑结构的转矩
- 速度曲线和恒功率运行范围曲线 ,如图 6所示 。
可见 ,随弱磁率的提高 ,弱磁调速能力不断提 22 高 ,恒功率运行范围也不断扩大 。
与 比
重要特点是直 、交轴的主电感相等 ;而内置式永磁同
较 步电动机的永磁体位于转子内部 ,永磁体外表面与
收稿日期 : 2009 - 11 - 13
20
改稿日期 : 2010 - 01 - 04
定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴 ,可以保
护永磁体 。
使用 Ansoft有限元分析软件创建永磁同步电动
D 2010年第 4期
设计分析
esign and ana lysis
电感测试结果如图 12所示 。
( a) 效率比较
( b) 功率因数比较
图 8 额定电流下五种拓扑结构效率和功率因数比较
从图 8可看出 ,五种电机的效率均在 92. 5%以
之间的夹角 , 称为内功率因
相量图
数角 ;φ为电压 V 超前定子相电流 I的角度 , 即功率
因数角 。
电压方程 :
Vd = - R s Id + Iq X s +ωλqs
(6)
Vq = R s Iq + Id X s +ωλds
式中 : Id 为负值去磁电流 。由有限元分析得到 Id 、
Iq、λd 、λq 代入上式 , 且 R s、X s 为已知 ,这样就求得
上 ,其中表面式比内置式效率高 ,功率因数大 。在速
度不太高时 ,表面式的电流控制角为 0,电压波形接
近正弦 ;而高速时 ,为限制电压 ,需要增大电流控制
角 ,功率因数下降 [ 9 ] 。五种拓扑结构中 , W 型永磁
转子功率因数最低 ,因为它的弱磁率最高 ,意味着加
同样的去磁电流 , d轴磁链减少最多 ,根据式 ( 6) 、式
Vd 、Vq。根据下式 :
V s = V2d + V2q
(7)
求得电压幅值 Vs。
转矩角、内功率因数角及功率因数角由图 7可知 :
Vd = V s sinθ
Vq = V s co sθ Id = Is sinψ
(8)
于是可得到 :
Iq = Is co sψ
θ = a tan Vd
(9)
Vq
ψ = a tan Id
ε = Lq
(3)
Ld
ε为凸极率 ,在额定电流 46 A 下 ,各个模型的凸极
率大小如图 5所示 。
图 5 额定工作点时凸极率的比较
可见 ,分段内置式的凸极率最高 ,传统内置式 、 V型内置式、W 型内置式和表面式的凸极率依次减小。 2. 4 弱磁调速能力的比较
凸极率和弱磁率影响着弱磁调速能力 。弱磁率
脉动转矩定义为在一个周期内最大转矩与最小 转矩之差与平均转矩之比 。脉动转矩主要是由于感 应电动势谐波和定子电流的谐波相互作用产生的谐 波转矩 ,因此在电机设计过程中 ,应当尽量消除谐 波 。感应电动势的谐波主要与永磁体产生的励磁磁 场在空间中的分布和绕组设计有关 。为了减小脉动 转矩 ,永磁体产生的励磁磁场在空间中的分布应尽 可能按照正弦规律分布 [ 7 ] 。
D
设计分析
esign and ana lysis
于磁路饱和的原因 ,随着电流的变化 , q轴电感随电 流的变化比较明显 。
2010年第 4期
( a) d轴电感比较
( b) q轴电感比较
图 4 五种拓扑结构电感的比较
定义 q轴电感与 d轴电感的比值 :
设计分析
esign and ana lysis
拓扑结构分别命名为表面式 、传统内置式 、分段内置
式 、V 型内置式和 W 型内置式五种拓扑结构的基本
参数都相同 ,不同的是每极转子永磁体的参数 ,如表 2所示 。
表 2 转子永磁体 /每极参数
永磁体 拓扑结构
表面式 传统内置式 分段内置式 V 型内置式 W 型内置式
动 机
性
λ
Lq = q Iq id =0
式中 : λPM为永磁体产生的磁链 。
能 (2) 分
析 与 比
有限元计算得到的电感曲线如图 4所示 。
较
可见 ,由于磁路结构不同 , W 型内置式永磁同
步电机的 d、q轴电感最大 ,其值依次减小为 V 字型 内置式 、分段内置式 、传统内置式和表面式 ,而且由 21
经过计算 ,五种结构的永磁体总重量比较如图 2所示 。
图 2 永磁体重量比较
可见 ,内置式需要的永磁体较表面式少 。因为 内置式由于磁路不对称 ,有磁阻转矩产生 ,所以相对 于表面式 ,在产生相同的输出转矩时 ,内置式用的永 磁体量要少 。 2. 2 空载反电动势和脉动转矩的比较
转矩波动主要由齿槽转矩和脉动转矩两部分组 成 。齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和铁 心之间相互作用产生的转矩 ,会导致电动机产生振 动和噪声 。而常用消除齿槽转矩的方法有定子斜 槽 、转子斜极 、减小定子槽口宽度 、改变极弧系数等 。 定子斜槽在理想情况下可以完全消除齿槽转矩并且 简单易行 ,因此得到广泛应用 。本文的模型都是基 于斜槽后的模型 ,因此齿槽转矩可以忽略不计 。
型内置式的脉动转矩比传统内置式的小 ,而 V 型内
种 拓
置式的脉动转矩相对较大 。这一结果表明谐波含量 扑
结
越大 ,脉动转矩越大 。
构
2. 3 电感比较
的 永
由于磁饱和的影响 ,电感值不再是一常数 ,而是
磁 同
随电流变化的曲线 ,计算公式如下 [ 8 ] :
Ld
λ
=d
-
λ PM
Id
iq = 0
步
电
(1)
机二维有限元瞬态模型 ,其基本参数如表 1所示 ,空 载磁力线分布图如图 1所示 。
表 1 7. 5 kW 内置式永磁同步电动机基本参数
额定输出功率 / kW
7. 5 定子铁心长度 /mm
75
额定电压 /V (AC)
115 每相串联总匝数
72
极对数
4 转子内径 /mm
38
额定转速 / ( r·m in - 1 ) 3 200 气隙长度 /mm
D
设计分析
esign and ana lysis
2010年第 4期
五种拓扑结构的永磁同步电动机性能分析与比较
王艾萌 ,卢伟甫
(华北电力大学 ,河北保定 071003)
摘 要 :优化设计了五种不同转子拓扑结构的永磁同步电动机 ,对这五种永磁同步电动机的参数 、电机特性以 及弱磁性能进行了分析比较研究 ,并且对其中一种结构的内置式永磁同步电动机进行了测试验证 。
扑 结
表 4 五种拓扑结构的弱磁率
构 的
拓 扑
弱磁率
拓 扑
弱磁率
永
表面式
0. 102 205 V 型内置式 0. 210 179
磁
传统内置式 0. 135 646 W 型内置式 0. 628 795
同 步
分段内置式 0. 170 014
电 动
数据表明 , W 型内置式的弱磁率最高 ,依次是
机 性
WAN G A i - m eng, LU W ei - fu (North China Electric Power University, Baoding 071003, China)
Abstract: This paper firstly introduced the op timal design of five PM SM topologies and then compared and analyzed their parameters, the characteristics and their flux - weakening performance. A t last, the performance of one topology of the interior permanent magnetic ( IPM ) machines was tested.
的
永 磁
1 永磁同步电动机的拓扑结构和优化设计
同
步
永磁同步电动机转子磁路结构不同 ,电动机的
电 动
运行特性 、控制系统等也不同 。根据永磁体在转子
机 性
上的位置不同 ,永磁同步电动机主要分为表面式和
能 分
内置式 。在表面式永磁同步电动机中 ,永磁体通常
析 呈瓦片形 ,并位于转子铁心的外表面上 ,这种电机的
厚度
/mm 5. 5 5. 5 5. 5 3. 5 3. 3