新型轴向磁通双凸极永磁电机设计与建模仿真
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双凸极永磁电机电流控制的仿真分析
组的磁链和电感均 随之增加 ， 当转子齿 与定子齿完 全重合时， 磁链有最大值； 当转子齿离开定子齿时 ， 磁链 随之 减 小 ， 当转子 齿对 着定 子槽 时 ， 链有 最小 磁
值 。图 １是一 台 ８ ６极 双 凸极 电机结构 剖 面 图。 ／
１ ，
电机 转矩 脉动 理 论 的研 究 成 果 ， 文 通 过建 立 本
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・
６ ０・
煤
矿
机
电
２０ ０７年第 ５期
双 凸极 永 磁 电机 电流控 制 的仿 真分 析 木
夏小虎 ， 李神 ， 丁健
（ 合肥学院 电子信息与 电气工程 系，安徽 合肥 ２ ００ ） ３６ １
摘
要 ： 建 立双 凸极永 磁 电机相 电流 的动态数 学模 型 ， 不 加控 制 时 电机 电流 进 行 了计 算 仿 真 ， 对
关键词 ： 双 凸极永 磁 电机 ；Ｂ ｎ—ａｇ控 制 ；双极 性 电压 ；Ｍ Ｔ Ａ ａｇＢ ｎ Ａ ＬＢ
中 图分类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ５ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ １— ８ ４ ２ ０ ） ５— ０ ０— ５ １０ ０ ７ （ ０ ７ ０ ０ ６ ０
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｅ ｔｏ ｕ ｌ ｌ ｎ ｅ ｍａ ｅ ｔＭａ ｎ ｔ ｔ ｄ ｎ Ｃｕ ｒ ｎ ｆＤｏ ｂｙ Ｓａｉ ｔＰ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｉ ｒ ｅ ｃ
Ａｂ ｔ ｃ ： Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｎ ｗ ｓ ａ ｅ ｙ ｔ ｏ ｔ ｌ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｏ Ｓ Ｍ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔｄ Ｆ ｒｔ ， ｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｓｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｅ ｔ ｔｇ ｏ ｃ ｎｒ ｈ ｕ ｒ ｎ ｆ Ｄ Ｐ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｉ ｌ ｒ ｏ ｓ ｙ ｈ ｙ ａ ｃ
新型轴向磁通双凸极无刷直流电机研究
新型轴向磁通双凸极无刷直流电机研究LIU Aimin;WEI Youshuai;YU Hao;YUAN Ye【摘要】针对传统开关磁阻电机存在输出转矩低的问题,本文介绍的新型轴向磁通双凸极无刷直流电机是一种在传统无刷直流电机的基础上结合开关磁阻电机的工作特性,用通电激磁线圈实现增磁、弱磁,控制输出转矩扩大电机调速范围作用的新型电机.在阐述新型电机结构和工作原理的基础上,分析了新型电机极弧的适用范围和激磁线圈调磁能力,并详细比较了新型电机与传统开关磁阻电机励磁方式及电磁转矩的差异.仿真结果表明,新型轴向磁通双凸极无刷直流电机的输出转矩有一定程度的提高.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】5页(P31-35)【关键词】无刷直流电机;激磁线圈;有限元方法;转矩;轴向磁通;双凸极【作者】LIU Aimin;WEI Youshuai;YU Hao;YUAN Ye【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM33开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）具有调速范围宽、响应速度快、可控参数多、高容错性、结构简单、坚实耐用等突出优点，可以实现高启动转矩和低启动电流，适用于频繁启动和正反转运行的场合，自问世发展至今，其产品已在一般工业、日用家电、航空工业和伺服系统等各个领域得到广泛应用[1-5]。
但传统开关磁阻电机的双凸极结构和开关形式电源导致其具有输出转矩小、转矩脉动大、功率密度低等缺点，在很大程度上限制了SR电机的进一步推广应用[5]。
为了改善传统SR电机中存在的问题，本文在无刷直流电机的基础上，结合SR电机的结构原理和工作特性，提出一种新的电机结构——轴向磁通双凸极无刷直流电机（Axial Flux Doubly Salient Brushless DC motor，AFDS-BLDCM），即用通电激磁线圈实现增磁、弱磁，控制输出转矩，扩大电机调速范围的作用。
新型两相磁通切换型永磁电动机调速系统建模与仿真研究
了将永 磁 体 置 于 定 子 的 新 型 定 子 永 磁 型 电机 ，主
永磁体又无绕组 等。近期 的研究 表 明，这 两种 电 机都具有高功率 密度 、高效率等 优点 引。然 而 ， ＦＰ 由于其永磁体直接面对气隙，电枢反应磁通 ＳＭ 与永磁 磁 通 串 连 ，因 此 该 电 机 抗 去 磁 能 力 不 强 ，
（ ｏｌ ｅｏ ｌｃ ｉａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｏ ｔｅ ｓ Ｕ ｉ ｒ ｔ，Ｎ ｎｉｇ １ ０ ６ｅｓ ｙ ａｊ ０ ９ ，Ｃ ｉａ ｅ Ｅ ｒ ｎ ｎ ｖ ｉ ｎ２
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ： Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｓｍｕ ａｉｎ ｓｕ ｙ ｏ ｏ ｅ ｐ ａ ｅｆｕ －ｗｉｃ ｉｇ ｐ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｔｒ ｎ ｔｉ ａ ｅ ， ｉ ｌ ｔｏ ｔ ｄ ｎ ａ ｎ ｖ ｌ２－ ｈ ｓ ｘ ｓ ｔｈ ｎ ｍａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｍｏｏ ｌ ｅ
传统 永 磁 电机 都 将 永 磁 体 置 于 转 子 。为 了
注和研 究 。这 两 种 新 型 永 磁 无 刷 电机 在结 构 上 有 共 同点 ，比如 定 、转 子 都 为 双 凸极 结 构 ，皆 采 用 定 子 集 中绕 组 ，永 磁 体 都 置 于 定 子 ，转 子 上 既 无
防止高速运行 时磁 钢受 到离 心力 的影 响而甩 落 ， 在转 子上 都 装 有 不 锈 钢 或 非 金 属 纤 维 材 料 制 成 的 固定装置。但这样会 引起散 热 困难 ，而温升会 最 终导致 永 磁 体 发 生 不 可 逆 退 磁 ，限 制 电机 出 力 ， 减小 功率 密 度 等 Ｊ 。针 对 上 述 缺 点 ，近 年 来 出 现
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新型两相磁通切换 型永磁 电动机调速 系统建模与仿真研究
陆
炜
程 明 花
永磁体又无绕组 等。近期 的研究 表 明，这 两种 电 机都具有高功率 密度 、高效率等 优点 引。然 而 ， ＦＰ 由于其永磁体直接面对气隙，电枢反应磁通 ＳＭ 与永磁 磁 通 串 连 ，因 此 该 电 机 抗 去 磁 能 力 不 强 ，
（ ｏｌ ｅｏ ｌｃ ｉａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｏ ｔｅ ｓ Ｕ ｉ ｒ ｔ，Ｎ ｎｉｇ １ ０ ６ｅｓ ｙ ａｊ ０ ９ ，Ｃ ｉａ ｅ Ｅ ｒ ｎ ｎ ｖ ｉ ｎ２
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ： Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｓｍｕ ａｉｎ ｓｕ ｙ ｏ ｏ ｅ ｐ ａ ｅｆｕ －ｗｉｃ ｉｇ ｐ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｔｒ ｎ ｔｉ ａ ｅ ， ｉ ｌ ｔｏ ｔ ｄ ｎ ａ ｎ ｖ ｌ２－ ｈ ｓ ｘ ｓ ｔｈ ｎ ｍａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｍｏｏ ｌ ｅ
传统 永 磁 电机 都 将 永 磁 体 置 于 转 子 。为 了
注和研 究 。这 两 种 新 型 永 磁 无 刷 电机 在结 构 上 有 共 同点 ，比如 定 、转 子 都 为 双 凸极 结 构 ，皆 采 用 定 子 集 中绕 组 ，永 磁 体 都 置 于 定 子 ，转 子 上 既 无
防止高速运行 时磁 钢受 到离 心力 的影 响而甩 落 ， 在转 子上 都 装 有 不 锈 钢 或 非 金 属 纤 维 材 料 制 成 的 固定装置。但这样会 引起散 热 困难 ，而温升会 最 终导致 永 磁 体 发 生 不 可 逆 退 磁 ，限 制 电机 出 力 ， 减小 功率 密 度 等 Ｊ 。针 对 上 述 缺 点 ，近 年 来 出 现
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新型两相磁通切换 型永磁 电动机调速 系统建模与仿真研究
陆
炜
程 明 花
双凸极永磁电机矢量控制的建模与仿真
Ｃ相 的永磁 磁链与 Ａ相 差 １ ０ ， ８ 。表达式为 ：
： ： ＋ ｃ ｓ ６ ） ＝ ＝ ｏ （ ０ （） ２
磁链 的变化率 为正 弦 ， 即反 电势波形 也 为正弦 ， Ａ 相反 电势为 ：
Ｃ — Ｔ Ａ 一
立 Ｍａｌｂ 型 ， 行 Ｄ Ｐ 电机 矢 量 控 制 系 统 的 ｔ 模 ａ 进 ＳＭ
仿真 和分析 ， 论证 了方法 的可行性 。
ｄａ ａ ｄｌ Ａ Ｉ ： ｔ Ｉ ｔ 一 ，
一 —
（） ３ Ｊ
其 中 叫为机械 角速度 ， 公式 （ ） 把 １ 代人 （ ） ： ３得
ｅ 一 ６ ｓｎ ６ ）・∞ Ａ ｉ（ ０ （） ４
２ ８ ６极斜槽 Ｄ Ｐ 电机两相 运行原理 ／ ＳＭ
潍坊
２１６ ） ６ ０ １
摘 要 ： ８ ６极 转子斜槽 Ｄ Ｐ 电机 进行 了深入研 究 ， 出 了 Ｄ Ｐ 电机 的矢量控制 ， 方波 电流 对 ／ ＳＭ 提 Ｓ Ｍ 和
控 制相 比， 电机 运 行 更 平 稳 ， 速 范 围 更 宽 ， 动 转 矩 明 显 减 小 ； 过 仿 真 验 证 了 Ｄ Ｐ 电 机 矢 量 控 制 的 调 脉 通 ＳＭ 有 效性 和 正 确 性 。 关 键 词 ： 凸 极 永 磁 电 机 ； 量 控 制 ； 子 双 矢 转
第 ９卷 第 ６期
２０ ０ ９年 １ １月
潍 坊 学 院 学报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅｆｎ ｉｅｓｔ ｏ ｒａ ｆＷ ｉ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙ ａ
Ｖ０ ． ． Ｉ９ Ｎｏ ６
ＮＯｒ ２０ ￣ ０９
双 凸极永 磁 电机 矢量 控制 的建 模 与仿 真
韩 星 海
（ 潍坊 学院 ， 山东
图 １ ８ ６极 Ｄ Ｐ 电机 的 剖 面 图 ， 、 子 为 ／ ＳＭ 定 转
电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究毕业论文 精品
电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究目录摘要 (3)Abstract (4)第一章绪论 (5)1.1电励磁双凸极电机的发展 (5)1.2飞机发电系统的发展 (6)1.3课题研究的目的和内容 (6)第二章电励磁双凸极电机 (7)2.1 电励磁双凸极电机的结构 (7)2.2 电励磁双凸极发电机的数学模型 (7)2.3 发电运行工作原理 (8)第三章电磁场有限元分析简介 (11)3.1 电磁场基本理论 (11)3.1.1 麦克斯韦方程 (11)3.1.2 一般形式的电磁场微分方程 (12)3.1.3 电磁场中常见的边界条件 (13)3.2 电磁场求解的有限元法 (14)3.2.1 一维有限元法 (14)3.2.2 电磁场解后处理 (16)第四章电励磁双凸极电机模型的建立 (17)4.1 建模工具的探讨 (17)4.2 电机模型的建立 (17)4.2.1 定转子模型 (17)4.2.2 绕组模型 (18)4.2.3 电机材料的分配 (19)4.2.4 励磁电流方向和大小的判定 (19)4.2.5 相绕组电流方向和大小的判定 (20)4.2.6 给定边界条件 (21)4.2.7 其它条件的设定 (22)第五章电励磁双凸极电机的静态特性 (23)5.1 双凸极电机的空载磁链与电势 (24)5.2 空载特性 (25)5.3 负载特性 (27)第六章总结与展望 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究摘要电励磁双凸极电机是一种较为新型的电机，本文研究的是12/8极电励磁双凸极电机，首先简要介绍了电机的基本结构、工作原理和数学模型，并给出了电磁场有限元分析的理论依据，在此基础上建立了Ansoft模型，利用二维电磁场有限元的方法分析了其静态特性，得出了其空载和负载特性。
本文在研究电机性能的同时，对Ansoft仿真软件也进行了比较详细的探讨，在没有具体资料的情况下，对该软件有了初步的认识。
新型模块化磁通切换永磁电机驱动系统建模与仿真研究
新型模块化磁通切换永磁 电机驱动 系统建模与仿真研究
徐
磊 ，等
新 型 模 块 化 磁 通 切 换 永 磁 电机 驱 动 系 统 建 模 与 仿 真 研 究
徐 磊 ，程 明 ，赵 文祥
２ ０９ ） １０ ６ （ 东南 大学 电气工程学 院 伺服控制技术 教育部 工程研 究中心 ，南京
摘
要 ：磁通切换永磁 （ＳＭ） ＦＰ 电机是 一种新 型定子永磁 型 电机 ，具 有功 率 密度 高、效率高 等优 点。
子的结构降低 了发生转子机械故障和永 磁体高温
退 磁 故 障 的 可 能 性 。 已 有 学 者 对 双 凸 极 永 磁 （ Ｓ Ｍ） Ｄ Ｐ 电机 的 容 错 性 能 进 行 了 分 析 和 研 究 。 而 近期 研 究 表 明 ，磁 通 切 换 永 磁 （ Ｓ Ｍ） 机 在 ＦＰ 电
为提高其容错性能，提出了一种具有模块化结构的 ＦＰ Ｍ Ｆ Ｐ 电机。建立了该电机定子／ ＳＭ（ —ＳＭ） 转子坐
标 系下的数 学模型 ，验证 了矢量控制应用于 Ｍ ＦＰ 电机 的可行 性。运 用 Ｍ ｆｂ Ｓ ｕｉ —Ｓ Ｍ ａ ａ／ｉ ｌｋ仿 真软件搭 ｌ ｍ ｎ 建 了 Ｍ．Ｓ Ｍ 电机 系统 的仿真模型。研 究结果表 明 ，Ｍ—Ｓ Ｍ 电机是 一种 新型容错 电机 ，具有优 良的 ＦＰ ＦＰ
ＸＵ ｅ ， ＣＨＥＮＧ ｎｇ， ＺＨ ＡＯ ｅ ｘ ａ ｇ Ｌｉ Ｍｉ Ｗ ｎ・ ｉｎ
（ ｎ ｉ ｅｒｎ ｓａｃ ｎｅ ｏ ｔ ｎ Ｃ ｎｒｌｏ Ｅ ｇｎ ｅｉｇＲｅｅ ｒｈ Ｃｅ ｔｒｆｒＭｏｉ ｏ ｔ ｆＭＯＥ， ｏ ｏ
Ｓ ｕｈ ａｔ ｎ ｅｓｙ ａ ｊ ｇ２ ０ ９ ，Ｃ ｉａ ｏ ｔｅｓ Ｕ ｉ ｒｉ ，Ｎ ｎｉ １０ ６ ｈ ） ｖ ｔ ｎ ｎ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｕ ・ ｉ ｈｎ ｅｍ ｎ ｎ－ ｇ ｅ Ｆ Ｐ ） ｍａｈｎ ｓ ａ ｎ ｗ ｃ ｓ ｆｓ ｔｒ Ｍ ｂｔ ｃ：Ｔ ｅ ｆ ｘｓ ｔ ｉｇ ｐ ｒ ａ ｅｔ ｒ ｌ ｗｃ ｍａｎ ｔ（ Ｓ Ｍ ｃ ｉｅ ｉ ｅ ｌ ｓ ｏ ｔ ｏ－ ａ ａ Ｐ
徐
磊 ，等
新 型 模 块 化 磁 通 切 换 永 磁 电机 驱 动 系 统 建 模 与 仿 真 研 究
徐 磊 ，程 明 ，赵 文祥
２ ０９ ） １０ ６ （ 东南 大学 电气工程学 院 伺服控制技术 教育部 工程研 究中心 ，南京
摘
要 ：磁通切换永磁 （ＳＭ） ＦＰ 电机是 一种新 型定子永磁 型 电机 ，具 有功 率 密度 高、效率高 等优 点。
子的结构降低 了发生转子机械故障和永 磁体高温
退 磁 故 障 的 可 能 性 。 已 有 学 者 对 双 凸 极 永 磁 （ Ｓ Ｍ） Ｄ Ｐ 电机 的 容 错 性 能 进 行 了 分 析 和 研 究 。 而 近期 研 究 表 明 ，磁 通 切 换 永 磁 （ Ｓ Ｍ） 机 在 ＦＰ 电
为提高其容错性能，提出了一种具有模块化结构的 ＦＰ Ｍ Ｆ Ｐ 电机。建立了该电机定子／ ＳＭ（ —ＳＭ） 转子坐
标 系下的数 学模型 ，验证 了矢量控制应用于 Ｍ ＦＰ 电机 的可行 性。运 用 Ｍ ｆｂ Ｓ ｕｉ —Ｓ Ｍ ａ ａ／ｉ ｌｋ仿 真软件搭 ｌ ｍ ｎ 建 了 Ｍ．Ｓ Ｍ 电机 系统 的仿真模型。研 究结果表 明 ，Ｍ—Ｓ Ｍ 电机是 一种 新型容错 电机 ，具有优 良的 ＦＰ ＦＰ
ＸＵ ｅ ， ＣＨＥＮＧ ｎｇ， ＺＨ ＡＯ ｅ ｘ ａ ｇ Ｌｉ Ｍｉ Ｗ ｎ・ ｉｎ
（ ｎ ｉ ｅｒｎ ｓａｃ ｎｅ ｏ ｔ ｎ Ｃ ｎｒｌｏ Ｅ ｇｎ ｅｉｇＲｅｅ ｒｈ Ｃｅ ｔｒｆｒＭｏｉ ｏ ｔ ｆＭＯＥ， ｏ ｏ
Ｓ ｕｈ ａｔ ｎ ｅｓｙ ａ ｊ ｇ２ ０ ９ ，Ｃ ｉａ ｏ ｔｅｓ Ｕ ｉ ｒｉ ，Ｎ ｎｉ １０ ６ ｈ ） ｖ ｔ ｎ ｎ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｕ ・ ｉ ｈｎ ｅｍ ｎ ｎ－ ｇ ｅ Ｆ Ｐ ） ｍａｈｎ ｓ ａ ｎ ｗ ｃ ｓ ｆｓ ｔｒ Ｍ ｂｔ ｃ：Ｔ ｅ ｆ ｘｓ ｔ ｉｇ ｐ ｒ ａ ｅｔ ｒ ｌ ｗｃ ｍａｎ ｔ（ Ｓ Ｍ ｃ ｉｅ ｉ ｅ ｌ ｓ ｏ ｔ ｏ－ ａ ａ Ｐ
轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统建模及仿真研究
要： 提 出了一种新 型结构的 ６ ／ １ ３极定子模块 式轴 向磁 场磁通 切换永磁 （ Ａ Ｆ Ｆ Ｓ Ｐ Ｍ） 电机 。该 电机具
有结构 紧凑 、 转矩密度大 、 效率高和容错性能 强等特 点。分析 了 Ａ Ｆ Ｆ Ｓ Ｐ Ｍ 电机 结构 和工作 原理 ， 推导 了 Ａ Ｆ Ｆ —
Ｓ Ｐ Ｍ 电机 的数学模 型。利用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ仿 真软件搭 建 了 Ａ Ｆ Ｆ Ｓ Ｐ Ｍ 电机控 制 系统仿真模 型 ， 分别 对滑
ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ，ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ；轴向磁场磁通切换永磁 电机 ； 矢量控制
中图分类号 ： Ｔ Ｍ ３ ０ １ ． ２ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ６ ７ ３ — ６ ５ ４ ｏ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ８ ． ０ ０ １ ２ ． ０ ７
Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｘ ｉ ａ ｌ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｆｌ ｕ ｘ — Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｐｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ６ ／ １ ３ － ｐ ｏ ｌ ｅ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｌ ｆ ｕ ｘ — ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ（ Ａ Ｆ Ｆ Ｓ Ｐ Ｍ） ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ
电动汽车用外转子双凸极永磁电机建模与仿真
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电动汽车用外转千双凸极永磁电 机建模与仿真
动 工其 ２ ７ ） ０（ ０３
电动汽车用外转子双 凸极永磁 电机建模与仿真
陈 世 元 申孟奇
（ 华南理 工 大学 广 州 ５０ ４ ） １６ ０
摘要 提出了一种新的建模方法 ，即在双凸极永磁电机电磁场有限元计算的基础上 ，利用 非线性 等效磁 网络 对双凸 极永磁 电机进 行非 线性建 模与仿 真 。最后 ，用 提出 的非线 性建模和 仿 真的计算 方法 ，对 一台 三相 １ ／８极双凸 极永磁 电机 的相绕 组电感和 动态 转矩进 行 了仿 真 。结 ２ 果表 明 ：相 绕组 电感和 动态 转矩 的 仿真 与实验 结果 一致 性较 好 。 关键 词 电动汽车 双凸极 永磁 电机 非线 性 磁 网络 仿真
一
个 三相 １ ／ 极 外转 子双 凸极永 磁 电机 ２８
设转子极轴线的 ３。 （ ｏ 机械角）的扇形区域 （ 如 图１ 中虚 线框所示 ） ，包括转子极的前半部分 、
气 隙、定子极为重复单元 。在重复单元 中，假
一
的截 面 图如 图 １ 所示 。
５一
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根据电机的对称性 ，只需分析半个 电机的情 况，对应的非线性等效磁 网络模型如图 ２ 所示 。
ｒ ｌ２ ＋ 一 （ ＋ ） Ｇ
一 — ＝ｌ Ｇ
Ｉ Ｕ＋ ２２ａＧ 一 —｜ Ｇ — ｔＧ＋Ｇ＋｜ Ｇ ２ Ｇ （ ） ： Ｉ ｄＩ 【＋ ＋ Ｇ —９ — Ｕ－ ， （ ＋９ Ｇ Ｇ Ｇ ２２ ） ＝ Ｉ ＋ Ｇ） 一 一ｌ Ｇ （ ＋ｌ ２ 。 — Ｇ 。 ４ ＝ ｌ ＋ Ｇ＋ 一 一ｌ ＝ － （ ｌ２ ＋ 。 ） Ｇ 。 ． 一 ＋ ６Ｇ＋Ｇ） Ｇ ：６ ｛ 一 （ ＋ｌ２ａ ｌ Ｇ Ｇ ： 一 ： Ｉ —｜ ｏ ３（ Ｇ Ｇ Ｇ） Ｇ ＝ —ห้องสมุดไป่ตู้Ｇ ，＋ ｜ ９ ｌ ｌ ０ － Ｕ ＋ ＋ ＋ ， ， 一 Ｉ ｌ Ｇ －， 一ｌ （ｏ ｌＧ＋ｌ ： —。 ｌ Ｇ Ｇ Ｇ＋ 。 ｌＧ） ０ Ｇ — 。 ： ， ｌＧ＋ ： ， ＋ Ｉ ， Ｇ ＋ ＋ ＋ｌ ｌＧ） Ｇ Ｇ）： —ｕ ｏ， － ６ （ Ｇ Ｇ＋ｌ ｌ ｌ 。 ６ ｓ ｓ ＋ （＋ ｌ — 一６—ｌ — Ｇ Ｇ
电动汽车用外转千双凸极永磁电 机建模与仿真
动 工其 ２ ７ ） ０（ ０３
电动汽车用外转子双 凸极永磁 电机建模与仿真
陈 世 元 申孟奇
（ 华南理 工 大学 广 州 ５０ ４ ） １６ ０
摘要 提出了一种新的建模方法 ，即在双凸极永磁电机电磁场有限元计算的基础上 ，利用 非线性 等效磁 网络 对双凸 极永磁 电机进 行非 线性建 模与仿 真 。最后 ，用 提出 的非线 性建模和 仿 真的计算 方法 ，对 一台 三相 １ ／８极双凸 极永磁 电机 的相绕 组电感和 动态 转矩进 行 了仿 真 。结 ２ 果表 明 ：相 绕组 电感和 动态 转矩 的 仿真 与实验 结果 一致 性较 好 。 关键 词 电动汽车 双凸极 永磁 电机 非线 性 磁 网络 仿真
一
个 三相 １ ／ 极 外转 子双 凸极永 磁 电机 ２８
设转子极轴线的 ３。 （ ｏ 机械角）的扇形区域 （ 如 图１ 中虚 线框所示 ） ，包括转子极的前半部分 、
气 隙、定子极为重复单元 。在重复单元 中，假
一
的截 面 图如 图 １ 所示 。
５一
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根据电机的对称性 ，只需分析半个 电机的情 况，对应的非线性等效磁 网络模型如图 ２ 所示 。
ｒ ｌ２ ＋ 一 （ ＋ ） Ｇ
一 — ＝ｌ Ｇ
Ｉ Ｕ＋ ２２ａＧ 一 —｜ Ｇ — ｔＧ＋Ｇ＋｜ Ｇ ２ Ｇ （ ） ： Ｉ ｄＩ 【＋ ＋ Ｇ —９ — Ｕ－ ， （ ＋９ Ｇ Ｇ Ｇ ２２ ） ＝ Ｉ ＋ Ｇ） 一 一ｌ Ｇ （ ＋ｌ ２ 。 — Ｇ 。 ４ ＝ ｌ ＋ Ｇ＋ 一 一ｌ ＝ － （ ｌ２ ＋ 。 ） Ｇ 。 ． 一 ＋ ６Ｇ＋Ｇ） Ｇ ：６ ｛ 一 （ ＋ｌ２ａ ｌ Ｇ Ｇ ： 一 ： Ｉ —｜ ｏ ３（ Ｇ Ｇ Ｇ） Ｇ ＝ —ห้องสมุดไป่ตู้Ｇ ，＋ ｜ ９ ｌ ｌ ０ － Ｕ ＋ ＋ ＋ ， ， 一 Ｉ ｌ Ｇ －， 一ｌ （ｏ ｌＧ＋ｌ ： —。 ｌ Ｇ Ｇ Ｇ＋ 。 ｌＧ） ０ Ｇ — 。 ： ， ｌＧ＋ ： ， ＋ Ｉ ， Ｇ ＋ ＋ ＋ｌ ｌＧ） Ｇ Ｇ）： —ｕ ｏ， － ６ （ Ｇ Ｇ＋ｌ ｌ ｌ 。 ６ ｓ ｓ ＋ （＋ ｌ — 一６—ｌ — Ｇ Ｇ
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摘 要： 设 计 了一种具 有双 定子 的新 型结构 轴 向磁 通 双 凸极 永 磁 电机 。使 用 有 限元 方 法对 该新 型
电机进行 分析 ， 得 到 了 空 载 情 况 下 的 自感 、 磁链 等 特性 曲线 。针 对该 新 型 电机 的 特点 ， 给 出 了 双 凸 极 电
机的数 学模 型 。参 照径 向磁 通双 凸极 电机 的建模 方 法 ， 结 合 获得 的绕 组 自感 和磁 链 数 据 ， 搭 建 了 基 于
０ Байду номын сангаас引 言
２ ０世纪 ９ ０年代 ， 美 国教授 Ｔ Ａ Ｌ ｉ ｐ ｏ等人 在对
电机 的新 型调速 系统 ， 把 电流 内环变 成 转矩 环 ，
开关磁 阻电机深入研究 的基础上 ， 率先提 出 了双 凸
极永 磁 电机 （ Ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ Ｓ ａ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ Ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ， Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ） ￣ １ － ２ ］ 。双 凸极永 磁 电机 ， 顾 名 思义 就
ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ．Ｂ ｙ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｆ ｕ ｘ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｎ ｏ — ｌ ｏ ａ ｄ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ，ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｗａ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ．Ａ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｕ ｌ— ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎｏ ｖ ｅ ｌ Ａｘ ｉ ａ ｌ Ｆｌ ｕｘ Ｄｏ ｕ ｂｌ ｙ Ｓａ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｐｅ ｒ ｍａ ｎｅ ｎ ｔ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ
ＺＨＵ Ｘｉ ａ ｏ ｈ ｏ ｎ ｇ， ＺＨＡＮＧ Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｍｉ ｎ ｇ ， Ｍ ＥＩ Ｌ ｅ ｉ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｎ ｅ ｗ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｌ ｆ ｕ ｘ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ ｓ ａ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ （ Ａ Ｆ Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ）ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ １ ８ １ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
研究与设计 《 Ｅ Ｍ Ｃ Ａ
迫币 乙 与粒 刮 应 用 ２ ０ １ ５ ， ４ ２（ ７ ）
新 型 轴 向磁 通 双 凸极 永 磁 电机 设 计 与 建 模 仿 真 木
朱 晓虹 ， 张广 明 ， 梅 磊
（ 南京工业大学 自 动化与电气工程学院， 江苏 南京 ２ １ １ ８ １ ６ ）
ｌ ｏ ｏ ｐ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ａ ｌ ｗ ａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｗｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｆ ｕ ｘ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｄ ｉ ｌ ａ ｌ ｆ ｕ ｘ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ ｓ ｌｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗ ａ ｓ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｅ ａ ｓ ｉ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｌ ｆ ｕ ｘ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ ； ａ ｘ ｉ ｌ ａ ｌ ｆ ｘ ｕ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ ｓ ａ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｍｏ ｔ ｏ ｒ（ Ａ Ｆ Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ） ； ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ的 电机 转速 、 电流 双闭 环调速 系统 的模 型 ， 成 功仿真 出该 电机 的转 速 、 电流 、 转矩 等 波
形 。系统 的仿真结 果表 明该新 型 电机运行 可靠 、 便于 控制 。 关键 词 ： 轴 向磁 通 ； 轴 向磁通双凸极永磁 电机 ； 仿真 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ３ ５ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ３ － ６ ５ ４ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ － ０ ０ ０ ６ ０６ －
电机进行 分析 ， 得 到 了 空 载 情 况 下 的 自感 、 磁链 等 特性 曲线 。针 对该 新 型 电机 的 特点 ， 给 出 了 双 凸 极 电
机的数 学模 型 。参 照径 向磁 通双 凸极 电机 的建模 方 法 ， 结 合 获得 的绕 组 自感 和磁 链 数 据 ， 搭 建 了 基 于
０ Байду номын сангаас引 言
２ ０世纪 ９ ０年代 ， 美 国教授 Ｔ Ａ Ｌ ｉ ｐ ｏ等人 在对
电机 的新 型调速 系统 ， 把 电流 内环变 成 转矩 环 ，
开关磁 阻电机深入研究 的基础上 ， 率先提 出 了双 凸
极永 磁 电机 （ Ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ Ｓ ａ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ Ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ， Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ） ￣ １ － ２ ］ 。双 凸极永 磁 电机 ， 顾 名 思义 就
ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ．Ｂ ｙ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｆ ｕ ｘ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｎ ｏ — ｌ ｏ ａ ｄ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ，ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｗａ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ．Ａ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｕ ｌ— ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎｏ ｖ ｅ ｌ Ａｘ ｉ ａ ｌ Ｆｌ ｕｘ Ｄｏ ｕ ｂｌ ｙ Ｓａ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｐｅ ｒ ｍａ ｎｅ ｎ ｔ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ
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研究与设计 《 Ｅ Ｍ Ｃ Ａ
迫币 乙 与粒 刮 应 用 ２ ０ １ ５ ， ４ ２（ ７ ）
新 型 轴 向磁 通 双 凸极 永 磁 电机 设 计 与 建 模 仿 真 木
朱 晓虹 ， 张广 明 ， 梅 磊
（ 南京工业大学 自 动化与电气工程学院， 江苏 南京 ２ １ １ ８ １ ６ ）
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形 。系统 的仿真结 果表 明该新 型 电机运行 可靠 、 便于 控制 。 关键 词 ： 轴 向磁 通 ； 轴 向磁通双凸极永磁 电机 ； 仿真 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ３ ５ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ３ － ６ ５ ４ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ － ０ ０ ０ ６ ０６ －