自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比
自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比
1、自启动永磁同步电机
1.1 工作原理
起步过程与异步电机一样，定子绕组三相旋转磁场与转子鼠笼条（铜条）感应电流产生的磁场作用，让电机启动起来，此时永磁体不起作用，当转速起来后，由永磁体与定子旋转磁场作用带动转子旋转。当同步转速稳定后，由于定子磁场转速与转子转速一致，及没有相对运动，不会产生感应电流，鼠笼条（铜条）也就不起作用。
1.2 基本结构
主要由定子铁芯、绕组、机座、端盖、接线盒、转子铁芯、转轴、磁钢等组成。
定子结构转子结构
2、开关磁阻电机
2.1 工作原理
开关磁阻电机磁路始终以“磁阻最小”为转动原则，及当绕组通交流时，会在气隙形成交流磁场，该磁场从定子流动转子，再留回定子形成回路，该回路始终从最小磁阻的路径流过。然后通过控制器依次给三相绕组通电形成旋转磁场，从而带动转子旋转起来。
2.2 基本结构
除转子上没有磁钢外，其余构建与永磁同步电机一致，只是转子形状和绕组排布有差异而已。
3、性能对比
3.1 由于开关磁阻电机定子和转子都有齿槽，气隙磁场畸变比较严重，相比永磁同步电机只有定子开有槽，开关磁阻转矩脉动和电磁噪音大很多。
3.2 自启动永磁同步电机转子有启动绕组，可以直接启动，而开关磁阻电机必须通过控制器才能启动，成本增加，而且需增加控制器安装空间。
3.3 开关磁阻电机由于转子没有安装永磁体，出力全靠定子绕组电流产生，不仅增加了定子绕组和逆变器的负担，也提高了逆变器功率要求，当然成本也会提高。
3.4 永磁同步电机额定效率达95%以上，且高效率区域很宽，而开关磁阻基本在90%左右，高效区也很窄，在负载比较低的工况下，耗电量比较高。
3.5 同功率、转速下，永磁同步电机可以做得比开关磁阻体积小、重量轻。
综上：与开关磁阻电机相比，永磁同步电机的优势更明显，特别是在负载不高的工况下，节能效果比较突出。
爪极永磁同步电机的设计特点
爪极永磁同步电机的设计特点 李开成张健梅（华中理工大学武汉430074） 【摘要】介绍爪极永磁同步电机转子的结构及设计特点，并说明了一些主要结构尺寸间的关系。 【叙词】永磁电机同步电机设计 1引言 爪极永磁同步电机的永久磁铁形状简单，极间漏磁大，磁铁过载能力强，机械强度高，普遍用于变流机和变频机，发电机的制造容量自数百瓦到数千瓦。当频率在1000Hz以内时，制造容量可达数十千伏安。这种电机由于转子采用爪极结构，而爪极的形状又可多种多样，因此，较普通永磁同步电机计算复杂。这种电机的分析和设计，在国内外文献中介绍较少。本文介绍爪极永磁同步电机的设计特点及爪极转子的设计。 2爪极式转子的结构及其特点
爪极式转子通常由两个带爪的法兰盘和一个圆环形永久磁铁组成，如图1所示。图la和c为左右两个带爪子的法兰盘，二者爪数相等，且等于极数的1/2。图lb为圆环形磁铁沿转子轴向充磁。图ld为装配图，左右为两个法兰盘对合，二者爪子互相错开，沿圆周均匀分布。圆环形永久磁铁夹在两个带爪法兰盘中间，使一个法兰盘上的爪子皆为N极性，另一个法兰盘上的爪子皆为S极性，形成如图le所示的多极转子结构。显然，法兰盘上的爪子起了极靴的作用。 爪极永磁同步电机中，电机的全部磁通(P对极)轴向穿过圆环形磁铁，进入爪极，经气隙进入定子，爪极中的磁路如图2所示。 爪极通常由10号钢制成，或由钢板冲成，也可由粉末冶金直接压制成形。由于磁通轴向通过爪子，爪子的每一截面通过的磁通不相等，爪尖最少，爪根最多。爪子的截面积沿电机轴向是变化的，爪尖部分的面积最小，爪根部分最大。爪极的形状多种多样，有等宽爪极、梯形爪极，还有正弦爪极。图3为梯形爪极形状。
【CN110048530A】一种永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910322089.6 (22)申请日 2019.04.22 (71)申请人 大连理工大学 地址 116024 辽宁省大连市甘井子区凌工 路2号 (72)发明人 孙建忠 王艳超 白凤仙 (74)专利代理机构 大连理工大学专利中心 21200 代理人 温福雪 侯明远 (51)Int.Cl. H02K 1/27(2006.01) (54)发明名称 一种永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及 设计方法 (57)摘要 本发明属于永磁电机技术领域，涉及一种永 磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法。所 述的转子结构包括转轴、转子铁心和永磁体块， 所述转子铁心设有中心孔，所述转轴穿过转子铁 心的中心孔并与转子铁心固接；所述的转子铁心 均匀分割成偶数个极，每个极内设有不少于两层 U形磁障。每个极内的U形磁障构成的外圆的圆心 O 1与转子铁心外圆圆心O 2相距为h，h＞0，每个极 内的U形磁障形成的磁极中心线过圆心O 1和圆心 O 2。由此构建不均匀气隙和非等宽磁桥转子结 构。本发明提高了电机中气隙磁密的正弦度，优 化了气隙磁密波形，解决了永磁辅助同步磁阻电 机转矩脉动问题，转矩脉动明显减小，能够保证 电机在电气传动系统中更加平稳、 高效地运行。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 110048530 A 2019.07.23 C N 110048530 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110048530 A 1.一种永磁辅助同步磁阻电机的转子结构，其特征在于，包括转轴、转子铁心和永磁体块，所述转子铁心设有中心孔，所述转轴穿过转子铁心的中心孔并与转子铁心固接；所述的转子铁心均匀分割成偶数个极，每个极内设有不少于两层U形磁障，每层U形磁障中心设有永磁体槽，永磁体槽内置永磁体块；每个极内的U形磁障构成的外圆的圆心O1与转子铁心外圆圆心O2相距为h，h＞0，每个极内的永磁体块形成的磁极中心线过圆心O1和圆心O2。 2.根据权利要求1所述的转子结构的设计方法，其特征在于，步骤如下： 第一步：构建不等宽磁桥 通过转子铁心外圆弧与U形磁障外圆弧设计成非同心圆结构，实现构建不等宽磁桥，各U形磁障对应的磁桥宽度随两圆弧偏心距离变化而变化，U形磁障层数不少于两层； 第二步：转子结构的每个极下的转子铁心外圆弧为以偏移转轴中心O1距离h的点O2为圆心的圆弧线，h＞0，偏心圆圆心O2在磁极中心线上，则转子铁心外圆弧半径长度R3：R3＝R2-h-g min 式中：R2为定子内径；g min为最小气隙长度；h为偏心距； 第三步：所述U形磁障的外圆弧为以转轴中心O1为圆心的圆弧线，U形磁障外圆弧的半径长度O1B： O1B＝R2-g max-AB R2为定子内径；g max为最大气隙长度；AB为转子外侧圆弧与U形磁障外侧圆弧间最小距离。 2
永磁同步电机的原理及结构
. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用
同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用 摘要：本文简单介绍了同步磁阻电机(SynRM)的运行原理。追溯同步磁阻电机的发展历史，总结了同步磁阻电机的结构和运行特点。根据同步磁阻电机的特点结合目前国内外研究现状讨论了同步磁阻电机现有的几种高性能控制方法。最后根据同步磁阻电机当前的研究进展结合其取得的优越性能介绍了其在电动汽车和高速发电等领域的应用。 关键词:同步磁阻电机 1同步磁阻电机的原理 SynRM 运行原理与传统的交、直流电动机有着根本的区别，它不像传统电动机那样依靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用形成转矩，而遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。 SynRM 在dq 轴系下的电压、磁链、电磁转矩和机械运动方程为： 电压方程： (1)磁链方程： (2) 电磁转矩方程： (3) Ld、Lq为绕组d、q轴电感；Rs为定子绕组相电阻；ωr为转子电角速度；ψd、ψq为定子d、q 轴磁链，p n为电机极对数；β为电流综合矢量与d轴之间的夹角[1]。 2同步磁阻电机的发展历史 早在二十世纪二十年代Kostko J K等人提出了反应式同步电机理论[2]，M．Doherty 和Nickle 教授提出磁阻电机的概念，此后国外关于许多专家和学者对同步磁阻电机的的能、转子结构和控制方法进行较深入研究。早期的同步磁阻电机由一个无绕组凸级转子和一个与异步电机类似的定子组成。在转子轭q轴方向加上两道气隙, 以增加q 轴磁阻。利用d -q 轴的磁阻差来产生磁阻转矩。转子周边插上鼠笼条以产生异步起动转矩。然而, 由于该异步转
矩的作用, 又将引起转子震荡而难以保证电机正常运行。六十年代初, 出现了第二代同步磁阻电机它利用块状转子结构来增加d-q 轴磁阻差, 同时不用鼠笼条来起动转矩, 而直接靠逆变器变频来起动, 从而减轻了转子震荡现象[3]。然而, 为产生足够的磁阻转矩, 需要定子侧有较大的励磁电流, 致使该电机功率因素和效率都很低, 从而影响了该种电机的推广使用。为尽可能增大d-q 轴磁阻差, 同时减小励磁电流, 增大功率因素, 在七十年代初期产生了第三代同步磁阻电机, 采用轴向多层迭片结构, 以获得最大的d 轴电感和最小q 轴电感, 而得到最大磁阻转矩[4]。采用该转子结构后, d-q 轴电感之比可以达到20, 其输出功率可以达到同尺寸大小的异步电机输出功率。1991 年美国威斯康星大学T.A.Lipo教授对同步磁阻电机的转子结构进行进一步优化，发表文章提出SynRM 在交流调速驱动系统中替代异步电动机的可能性的问题[5,6]。1993 年英国的https://www.360docs.net/doc/8214305694.html,ler 教授指导的课题组对SynRM 不同转子结构的磁路进行了分析和研究，试图寻找更优化的转子结构提高电机的凸极率，并重点对轴向叠片转子结构SynRM 转子叠片层数、绝缘占有率进行了优化，得到优化后的样机在最大转矩电流比控制时功率因数为0.7 左右[7,8]。文献[9]对冲片叠压式SynRM 转子空气层做了较为深入的分析，通过有限元和仿真实验设计优化了转子结构，主要分析了转子空气层含有率、位置、个数，转子气隙以及电机饱和对电机电磁参数的影响，指出了空气层含有率、转子气隙、电机饱和对电机性能影响较大，同时优化后的样机其功率因数为0.72，对SynRM的电磁设计与分析具有很好的参考价值。文献[10]对冲片叠压式SynRM 三种转子结构的磁场分布进行了分析和比较，指出转子空气层之间的连接处将会给d 轴磁通提供较小磁阻磁路，去掉转子空气层之间的连接处将明显提高电机的功率因数。文献[11,12]提出了采用有限元和罚函数法，通过比较冲片叠压式SynRM 凸极率和交、直轴电感差值，自动ACAD 绘图、剖分和数据存储来快速优化转子结构提高电机力能指标的方法。 我国对SynRM 的研究起步较晚。1994 年，华中科技大学辜承林教授指导的课题组设计制作出国内第一台两极的ALA 转子样机，其样机的凸极率和功率因数分别达到了11和0.85 左右，但其结构加工较复杂[13-17]。文献[18]根据能量平衡的观点，以异步电机为参照，分析了SynRM交、直轴电感以及凸极率对电机性能的影响，并指出对于确定的凸极率理论上有最大的功率因数与之对应，反之对于确定的功率因数理论上有最小的凸极率与之对应。在SynRM 设计时凸极率应根据电机的过载能力和功率因数的要求而正确选择，单纯追求增大凸极率是不适当的。指出在电机应用中，功率因数小于0.85且容量较小时，SynRM 可与异步电机匹敌。文献[19]介绍了SynRM 的结构及仿真设计。电机转子采用栅格叠片结构，驱动控制器采用电流矢量控制方式，指出SynRM 与感应电动机相比，具有效率高、功率密度大等优点；与永磁同步电动机相比，在同等功率条件下大大降低了电机的成本，同时拓宽了电机的使用范围，提高了电机运行的可靠性。 2011年ABB公司在同步磁阻电机转子设计方面取得突破性进展，如今已经有了应用于工业应用中的商业化产品。 3同步磁阻电机的性能特点 3.1相比于传统电机的优点 与传统直流电动机相比，SynRM 没有电刷和滑环，维修简单方便。与异步机相比，SynRM 转子上没有绕组，则没有转子铜耗，基本上不存在转子发热问题，提高了电机的运行效率和安全性，另外由于转子上没有阻尼绕组电机响应不受转子时间常数的限制，动态响应速度快。与开关磁阻电机相比，SynRM可以做到转子表面光滑、磁阻变化较为连续，避免了开关磁阻电机运行时转矩脉动和噪声大的问题。由于磁阻正弦变化使得矢量控制能够被用于同步磁阻电机以便于取得很好的控制性能。与永磁同步电机相比，SynRM 转子上没有
同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用
同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用 摘要：本文简单介绍了同步磁阻电机(SynRM)的运行原理。追溯同步磁阻电机的发展历史，总结了同步磁阻电机的结构和运行特点。根据同步磁阻电机的特点结合目前国内外研究现状讨论了同步磁阻电机现有的几种高性能控制方法。最后根据同步磁阻电机当前的研究进展结合其取得的优越性能介绍了其在电动汽车和高速发电等领域的应用。 关键词:同步磁阻电机 1同步磁阻电机的原理 SynRM 运行原理与传统的交、直流电动机有着根本的区别，它不像传统电动机那样依靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用形成转矩，而遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。 SynRM 在 dq 轴系下的电压、磁链、电磁转矩和机械运动方程为： 电压方程： (1) 磁链方程： (2) 电磁转矩方程： (3) Ld、Lq为绕组d、q轴电感；Rs为定子绕组相电阻；ωr为转子电角速度；ψd、ψq 为定子 d、q 轴磁链，p n为电机极对数；β为电流综合矢量与d轴之间的夹角[1]。 2同步磁阻电机的发展历史 早在二十世纪二十年代Kostko J K等人提出了反应式同步电机理论[2]，M．Doherty 和 Nickle 教授提出磁阻电机的概念，此后国外关于许多专家和学者对同步磁阻电机的的能、转子结构和控制方法进行较深入研究。早期的同步磁阻电机由一个无绕组凸级转子和一个与异步电机类似的定子组成。在转子轭q轴方向加上两道气隙, 以增加q 轴磁阻。
异步起动永磁同步电机设计
Ansoft EM专题讨论（三）——异步启动永磁同步电机设计最近有感于论坛Ansoft版区学习的氛围越来越好了，这与各位版主的努力都是分不开的。看到前面两个专题中，我们的超版和技术精英们都做了很多工作，本着向大家学习的原则，我也来凑个热闹 本人在读研期间曾经涉猎过这种电机的设计与仿真，下面就把我很久以前做的一个练习分享给大家。做的不一定对，希望大家多多批评指正！这也是和大家学习的过程，望各位不吝赐教 其实，这种电机在实际设计过程中需要注意的问题还是很多的。很遗憾在校期间没能彻底解决这个领域的一些问题。这里也希望大家广泛针对该类电机的设计进行讨论和交流，向大家学习了! 下面先给出电机结构示意图 电机为典型的4极36槽结构，绕组为单层交叉，Y接形式，内置径向W型永磁体，采用冲片类型为DW315-50。具体的其他的电机参数将在RMxprt设计中给出区别于前面两位版主的纯V11仿真，该算例采用了Ansoft RMxprt V5.0版本与Maxwell V11.1版进行了简易的联合2D仿真。对新人而言，V5.0的界面更加人性化和易于上手，推荐新同学使用。 运用Ansoft RMxprt V5.0进行基本的电磁设计，输入相应电机参数反复调试运行。下面给出本例的参数设置
基本参数 定子内外径和槽形尺寸
转子内外径和磁钢设计
转子槽形和端环设计 以上需要补充说明的是Ansoft RMxprt V5.0的材料设置问题和绕组编辑问题 就材料设置而言，大家可以利用软件自带的.h-b文件自行添加所需要的硅钢片材料，主要是需要查找一些手册来添加磁化曲线和损耗曲线，用记事本的格式进行编辑添加，放在指定的文件夹中，即可在设计中引用，图例DW315-50的.h-b文件，要对应操作窗口的各项参数进行添加，方可正确使用
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自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比
自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比 1、自启动永磁同步电机 1.1 工作原理 起步过程与异步电机一样，定子绕组三相旋转磁场与转子鼠笼条（铜条）感应电流产生的磁场作用，让电机启动起来，此时永磁体不起作用，当转速起来后，由永磁体与定子旋转磁场作用带动转子旋转。当同步转速稳定后，由于定子磁场转速与转子转速一致，及没有相对运动，不会产生感应电流，鼠笼条（铜条）也就不起作用。 1.2 基本结构 主要由定子铁芯、绕组、机座、端盖、接线盒、转子铁芯、转轴、磁钢等组成。 定子结构转子结构 2、开关磁阻电机 2.1 工作原理 开关磁阻电机磁路始终以“磁阻最小”为转动原则，及当绕组通交流时，会在气隙形成交流磁场，该磁场从定子流动转子，再留回定子形成回路，该回路始
终从最小磁阻的路径流过。然后通过控制器依次给三相绕组通电形成旋转磁场，从而带动转子旋转起来。 2.2 基本结构 除转子上没有磁钢外，其余构建与永磁同步电机一致，只是转子形状和绕组排布有差异而已。 3、性能对比 3.1 由于开关磁阻电机定子和转子都有齿槽，气隙磁场畸变比较严重，相比永磁同步电机只有定子开有槽，开关磁阻转矩脉动和电磁噪音大很多。 3.2 自启动永磁同步电机转子有启动绕组，可以直接启动，而开关磁阻电机必须通过控制器才能启动，成本增加，而且需增加控制器安装空间。 3.3 开关磁阻电机由于转子没有安装永磁体，出力全靠定子绕组电流产生，不仅增加了定子绕组和逆变器的负担，也提高了逆变器功率要求，当然成本也会提高。 3.4 永磁同步电机额定效率达95%以上，且高效率区域很宽，而开关磁阻基本在90%左右，高效区也很窄，在负载比较低的工况下，耗电量比较高。 3.5 同功率、转速下，永磁同步电机可以做得比开关磁阻体积小、重量轻。
可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与性能分析
2019年2月电工技术学报Vol.34 No. 3 第34卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2019 DOI：10.19595/https://www.360docs.net/doc/8214305694.html,ki.1000-6753.tces.L80389 可变磁通永磁辅助同步磁阻电机设计与 性能分析 杨晨白保东陈德志李岱岩 （沈阳工业大学电气工程学院沈阳 110870） 摘要以3层磁障转子的永磁辅助同步磁阻电机为例，提出一种铁氧体与铝镍钴混合永磁的可变磁通永磁辅助同步磁阻电机转子设计方法，使永磁辅助同步磁阻电机具备记忆电机弱磁区转矩高、损耗小和调速范围宽的优点。首先给出可变磁通永磁辅助同步磁阻电机的调磁方法；然后从永磁体工作点设计的角度分析电机调磁电流和过载能力对电机性能的影响；接着介绍了永磁体排布的确定和体积比优化设计方法；最后提出一种适用于该电机的转子设计方法。仿真结果表明，采用该文提出的转子设计方法能够使电机弱磁区损耗最多降低56%，电机弱磁区的转矩和调速范围显著提高。 关键词：永磁辅助同步磁阻电机记忆电机退磁有限元 中图分类号：TM351 Design and Analysis of a Variable Flux Permanent Magnet Assisted Synchronous Motor Yang Chen Bai Baodong Chen Dezhi Li Daiyan （School of Electrical Engineering Shenyang University of Technology Shenyang 110870 China）Abstract This paper takes permanent magnet (PM) assisted synchronous motor (PMaSynRM) with three layer flux barrier rotor as an example and presents a novel rotor design method for variable-flux PMaSynRM with hybrid ferrites and alnico PMs. This method makes PMaSynRM integrates the merits of memory motor which are low loss, high torque output in flux-weaken range and wide operation range. Firstly, the method of rotor magnetic field regulate was given. Secondly, the influence of magnetic regulate current and overload capability on the machine performance was analyzed based on the design of working point of PM. Thirdly, the determination of PMs arrangement and optimization method of volume ratio between two kinds of PMs were discussed. Finally, the method of rotor design was concluded. The simulation result shows that adopting rotor design method proposed by this paper can reduce the loss of machine up to 56% and enhance torque output in flux-weaken range, operation range can also be promoted effectively. Keywords：Permanent magnet (PM) assisted synchronous motor, memory motor, demagnetization, finite element method 0引言 永磁电机作为一种高效率、高转矩密度、宽调速范围的高性能电机，在工业、交通和航空航天等领域得到了广泛的应用[1-3]。但稀土永磁材料价格高且供应量有限，因此少稀土或无稀土的高性能电机成为众多学者研究的热点[4,5]。永磁电机还存在弱磁运行时去磁电流分量引起的损耗导致其效率降低的缺点。 收稿日期 2018-07-01 改稿日期 2018-11-13
高效自启动永磁同步电动机核心技术研究
高效自启动永磁同步电动机核心技 术研究 1、永磁同步电动机关键制造工艺的研究 永磁同步电动机关键工艺的研究主要包括永磁体装配以及永磁电机总装配工艺的研究。 1）永磁体装配工艺的研究 由于高性能钕铁硼稀土材料的应用，永磁电机的转子加工精度要求较高，永磁电机转子上的永磁体槽与永磁体之间留有的间隙较小，一般在0.2~0.4mm范围，而目前永磁电机铁心叠压工艺大多采用铁心冲片的轴孔键槽定位方式已不能满足加工要求。
利用轴孔键槽定位，其定位方式精度低，转子铁心永磁体槽的整齐度得不到保证，叠压质量不能满足精度要求。通常的解决措施是，利用人工对永磁体槽进行磨挫，增加永磁体槽的周边气隙，使永磁体能够顺利装入永磁电机转子内，这种工艺浪费了大量的时间和人力，延长了电机的生产周期和增加了电机的加工成本，而且容易造成由于电机永磁体槽在磁化方向气隙的增大而引起永磁电机运行性能恶化的结果。 1 假轴2大头螺母3转子挡板4转子铁心5双头螺栓6螺母7转子槽8永磁体槽 图27.转子铁心叠压示意图 而采用假永磁体定位的叠压工艺，在转子铁心完成铸铝后拆卸假永磁体的时机不易掌握，铸铝转子的一次合格率较低，加工效率低下。 新的加工工艺是综合了两种加工工艺的优点而形成的、创新的叠压工艺（如图27），采用冲片键槽及固定转子端板的双头螺栓进行定位，有效地解决了转子铁心叠压不齐的问题，而且在永磁体装配前，增加了清槽工艺过程，使转子上的永磁体槽的尺寸公差完全能能够满
足永磁体装配的要求。 2）永磁电机总装配工艺的研究 由于装入磁性较强的钕铁硼永磁材料，给永磁电机的装配工艺带来了很大的困难。在转子刚接近定子时，由于永磁体的磁（极）性作用，定、转子就会紧紧地吸在一起，造成转子不能顺利装入定子，电机的功率越大，两者作用力就越大。在无专用设备的过程中，如果装配时处理不当，不但两者会被强烈地吸引在一起而无法分开，影响了装配工作；甚至在强行分开的过程中损坏定、转子，更有甚者在实际装配过程中出现碰伤手指而致残的人身伤亡事故。因此，研究永磁电机装配专用装备是十分必要的。 对于小功率的永磁电机，可不借助于专用装备，将永磁转子装入定子中，但对于较大功率的永磁电机，则必须借助于专用装备将转子推入到定子，以完成永磁电机的装配过程。 永磁电机总装配工艺的研究则是发明了一种永磁电机装配专用装备（如图28），此装备应用后能够克服操作困难，人体易受伤害等问题，工艺装备代替人工装配永磁电机，实现了机械化，效率高、安全可靠，为永磁电机制造开辟了一条高效装配之路，具有一定的经济效益。
磁阻电动机和永磁电动机
6. 013 第13讲： 磁阻电动机和永磁电动机；光子力 A. 概述 磁阻电动机通常包含软铁转子，它被拉转向被磁化的极。通过同步切换极和转子的励磁，转子可持续运动。将总的系统能量根据转子的不同位置进行分区分，即可得出作用于转子上的力。磁场能量存储在系统的电感线圈L 中：，如果能将L 表示成转子角度2/2m w LI =θ的函数()L θ，就可以简化计算。磁连通的简单表达式A N B d a LI λ=∫ =可以将磁通密度B 和L 联系起来，其中N 是面积为A 的定子上励磁线圈的匝数；定子和转子极中的通量大致相等。 永磁铁以大约20/2[]gap 2B Nm μ?的力密度贴近高导磁材料表面，其中gap B 是气隙 中的磁通密度。在永磁铁发动机或发电机中，永磁铁还提供了磁场，用于产生作用于电流上的力。 电磁波可对物体产生压力，这些物体能部分或全部的吸收光子或者发生全反射。通过洛仑兹力法则或通过计算波中光子动量的变化可计算出此力。光子动量是：1/[]p z hf c Nms ∧?=，其中是波传播方向上的单位向量。作用于物体上的力是z ∧ (/)f n d p dt =?，n 为每秒钟的入射光子数，/d p dt 是每个光子由物体引起的动量变化。 B. 磁阻电动机 要找到图13-1中磁阻电动机转子的转矩，就要先找到磁场。高导磁率的定子限定了由N 匝线圈产生的磁场，并将它引导向极面，定子与转子间的细小气缝b 在那里产生了一个“阻力最小通道”。B 必须连续的穿越两个气隙，因为0B ?= ，所以stator gap rotor B B B ??，且0(/)gap gap H H μμ? H 。 接下来，我们将NI 和磁场联系起来。H J ?×=的完整形式就变为： A c J d a H d s =∫ ∫ ，因此 （1） ()2gap stator c NI H H d s bH =+?∫ gap b （2） 这就得出了 /2gap H NI ? （3） 独立的气隙交叉部分（应保证它不接近于零，以使非气隙磁场泄漏成为整个磁通的重要部分）。
永磁同步电机无传感器控制技术
哈尔滨工业大学，电气工程系 Department of Electrical Engineering Harbin Institute of Technology 电力电子与电力传动专题课 报告 报告题目:永磁同步电机无传感器控制技术 哈尔滨工业大学 电气工程系 姓名：沈召源 学号：14S006040 2016年1月
目录 1.1 研究背景 (1) 1.2 国内外研究现状 (1) 1.3 系统模型 (2) 1.4 控制方法设计 (4) 1.5 系统仿真 (7) 1.6 结论 (8) 参考文献 (8)
1.1 研究背景 永磁同步电机具有体积小、惯量小、重量轻等优点，在各领域的应用越来越广泛。目前在永磁同步电机的各种控制算法中，使用最多的是矢量控制和直接转矩控制，而这两种控制方式都需要转子位置，但转子位置传感器的采用限制了系统使用范围。永磁同步电机控制系统大多采用测速发电机或光电码盘等传感器检测速度和位置的反馈量，这不但提高了驱动装置的造价，而且增加了电机与控制系统之间的连接线路和接口电路，使系统易于受环境干扰、可靠性降低。由于永磁同步电机无传感器控制系统具有控制精度高、安装、维护方便、可靠性强等一系列优点，成为近年来研究的一个热点。 1.2 国内外研究现状 无传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下，利用电机绕组中的有关电信号，通过直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从定子边较易测量的量如定子电压、定子电流中提取出与速度、位置有关的量，利用这些检测到的量和电机的数学模型推测出电机转子的位置和转速，取代机械传感器，实现电机闭环控制。 最早出现的无机械传感器控制方法可统称为波形检测法。由于同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，所要解决的问题是采用何种方法获取转速和转角。目前适合永磁同步电机的最主要的无速度传感器的控制策略主要有以下几种 (1)利用定子端电压和电流直接计算出θ和ω。该方法的基本思想是基于场旋转理论，即在电机稳态运行时，定子磁链和转子磁链同步旋转，且两磁链之间的夹角相差一个功角δ，该方法适用于凸极式和表面式永磁同步电机。该方法计算方法简单，动态响应快，但对电机参数的准确性要求比较高，应用这种方法时需要结合电机参数的在线辨识。 (2)模型参考自适应(MRAS)方法。该方法的主要思想是先假设转子所在位置，利用电机模型计算出该假设位置电机的电压和电流值，并通过与实测的电压、电流比较得出两者的差值，该差值正比于假设位置与实际位置之间的角度差。当该值减小为零时，则可认为此时假设位置为真实位置。采用这种方法，位置精度与模型的选取有关。该方法应用于PMSM时有一些新的需要解决的问题。 (3)观测器基础上的估计方法。观测器的实质是状态重构，其原理是重新构造一个系统，利用原系统中可直接测量的变量，如输出矢量和输入矢量作为它的输入信号，并使输出信号在一定条件下等价于原系统的状态。目前主要存在的观测器:全阶状态观测器、降阶状态观测器、推广卡尔曼滤波和滑模观测器。其中滑模观测器有很好的鲁棒性，但其在本质上是不连续的开关控制，因此会引起系统发生抖动，这对于矢量控制在低速下运行是有害的，将会引起较大的转矩脉动。扩展卡尔曼滤波器提供了一种迭代形式的非线性估计方法，避免了对测量的微分
同步磁阻电动机与开关磁阻电机
同步磁阻电动机与开关磁阻电机 同步磁阻电动机（SynRM）总是逆变供电，并使用与IM相同类型的分布式定子。然而，转子是带冲压槽的层压钢，因此它们可以很容易地在一个轴上被磁化，而在另一个轴上则不那么容易。这些转子与旋转的定子磁场对齐的趋势产生转矩。像PM一样，SynRM是自同步的，这意味着变频器将定子激励与转子角度和转速同步。 同步磁阻电动机的主要优点是与IM相比，其可忽略的转子损耗。因此，通过精心的设计和控制，SynRM将能够满足即将推出的欧洲IE4和NEMA超高端标准的电机效率指标，同时避免使用磁铁。SynRM中的热量减少相对于IM而言改善了扭矩和功率密度，并且对于给定额定值，通常使其减小一个框架尺寸。由于低转矩波动和振动水平，这些电机也很安静。 同步磁阻电动机的一个小小的缺点是与IM相比它们的功率因数低，因此在给定的机械功率水平下需要更多的逆变器电流。这增加了成本和逆变器的功率损失，因此尽管SynRM仅用于电动机的效率可能是好的，但在系统级的好处是不太有说服力的。标准目前讨论仅电机效率，设计人员应仔细研究可能的整体系统性能。 需要复杂的转子叠片及其穿孔的磁通屏障，使得SynRM转子难以制造，有点脆弱，因此不适合于高速操作。 同步磁阻电动机非常适合于不需要大过载和高速度的广泛的工业应用，并且由于其效率而越来越多地被提供给变速泵。 开关磁阻电机（SRM）通过吸引磁凸极转子到定子磁场来产生转矩。然而，SRM定子极数相对较少。由于齿形轮廓而不是SynRM内部的磁通屏障，转子的磁性显着更加简单。定子和转子极数的差异导致游标效应，并且SRM转子通常以相反的方向以不同的速度旋转到定子磁场。与SynRM不同，SRM通常使用脉冲直流励磁，需要专门的逆变器来运行。 需要一些电流来支持SRM的磁场，导致比PM更低的转矩密度和甜点效率。但是，像SynRM一样，SRM通常比同等IM小一个帧大小。 开关磁阻电机的一个主要优点是当激励减少而不损失效率时，自然地发生场弱化。这使得宽CPSR（大于10：1）没有困难。效率在高速和轻负载条件下保持良好，SRM可在各种工作条件下提供显着的恒定效率。
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率 密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：
maxwell软件- 自起动永磁同步电动机
11 自起动永磁同步电动机 本章我们将简化RMxprt 一些基本介绍，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt 基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。 11.1基本理论 同步电机定子绕组上输入三相正弦电压，在气隙中产生旋转磁场。转子上的永久磁极力图与定子旋转磁场对齐，因而在转子上产生同步转矩。起动时，转子上的阻尼绕组产生异步起动转矩，使其具有自起动能力。 自起动永磁同步电机的频域相量图如图11.1所示。 图 11.1 矢量图 图11.1中，R 1、X d 、X q 分别为定子电枢的电阻、d 轴同步电抗和q 轴同步电抗。 aq 1q ad 1d X X X X X X +=+= (11.1) 上式中，X 1为电枢绕组漏电抗，X ad 和X ad 分别为d 轴电枢反应电抗和q 轴电枢反应电抗。 设力矩角为θ（相量E 0与相量U 的夹角），可导出 ??????-=????????????-θθsin cos U E U I I X R R X 0q d q 11d (11.2) 解得： ??????+---+=??????θθθθsin )cos (sin )cos (U X E U R U R E U X X X R 1I I d 0110q q d 21q d (11.3) 设相量I 与相量E 0的夹角为ψ： q d 1I I -=tan ψ (11.4)
功率因数角φ（相量I 与相量U 的夹角）为： ψθ?+= (11.5) 输入电功率为： ?cos UI 3P 1= (11.6) 输出机械功率为： )(Fe Cu fw 12P P P P P ++-= (11.7) 式中P fw , P Cu , 和P Fe 分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗 输出机械转矩为： ω2 2P T = (11.8) 式中ω为同步角速度rad/s ). 电机效率为： %100P P 12?=η (11.9) 电机的起动方式与感应电机相同，即借助于转子上的鼠笼绕组（在此称为阻尼绕组）产生起动力矩。 11.2 主要特点 11.2.1适用于8种转子结构 转子结构中由于永久磁钢的布置方式不同，转子的磁路结构差别很大。RMxprt 可对不同的转子结构进行分析和设计。 11.2.2线圈和绕组的排列优化设计 几乎所有常用的三相和单相，单层和双层，整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户不需要一个接一个的自己定义线圈。 当设计者采用全极式单层绕组时，RMxprt 将自动对绕组进行排列，以减少绕组端部长度。当使用不对称三相绕组时，绕组排列按照最少负序和零序进行优化。 11.2.3 绕组编辑器支持任何单、双层绕组的设计 除了利用RMxprt 中的绕组自动排列功能，用户也能通过Winding Editor 来指定特殊形式的绕组排列。 在Winding Editor （绕组编辑器）中，通过改变每个线圈的相属Phase 、 匝数Turns 、 入槽号In Slot 和出槽号Out Slot ，可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式。 11.2.4 阻尼绕组的动态参数分析 第3 ~ 7种转子的阻尼绕组结构与感应电机的鼠笼绕组相同。第8种转子结构与凸极同步电机相同，这种结构中阻尼绕组处于d-轴和q-轴差别很大的非均匀磁场中，而阻尼条的连接又有每极连接（极间不连接）、全部连接和端板式连接。所有这些复杂情况RMxprt 都能进行分析处理，给出阻尼绕组的动态参数。
自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比
自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比 1、自启动永磁同步电机 1.1 工作原理 起步过程与异步电机一样，定子绕组三相旋转磁场与转子鼠笼条（铜条）感应电流产生的磁场作用，让电机启动起来，此时永磁体不起作用，当转速起来后，由永磁体与定子旋转磁场作用带动转子旋转。当同步转速稳定后，由于定子磁场转速与转子转速一致，及没有相对运动，不会产生感应电流，鼠笼条（铜条）也就不起作用。 1.2 基本结构 主要由定子铁芯、绕组、机座、端盖、接线盒、转子铁芯、转轴、磁钢等组成。 定子结构转子结构 2、开关磁阻电机 2.1 工作原理 开关磁阻电机磁路始终以“磁阻最小”为转动原则，及当绕组通交流时，会在气隙形成交流磁场，该磁场从定子流动转子，再留回定子形成回路，该回路始终从最小磁阻的路径流过。然后通过控制器依次给三相绕组通电形成旋转磁场，从而带动转子旋转起来。 2.2 基本结构 除转子上没有磁钢外，其余构建与永磁同步电机一致，只是转子形状和绕组排布有差异而已。
3、性能对比 3.1 由于开关磁阻电机定子和转子都有齿槽，气隙磁场畸变比较严重，相比永磁同步电机只有定子开有槽，开关磁阻转矩脉动和电磁噪音大很多。 3.2 自启动永磁同步电机转子有启动绕组，可以直接启动，而开关磁阻电机必须通过控制器才能启动，成本增加，而且需增加控制器安装空间。 3.3 开关磁阻电机由于转子没有安装永磁体，出力全靠定子绕组电流产生，不仅增加了定子绕组和逆变器的负担，也提高了逆变器功率要求，当然成本也会提高。 3.4 永磁同步电机额定效率达95%以上，且高效率区域很宽，而开关磁阻基本在90%左右，高效区也很窄，在负载比较低的工况下，耗电量比较高。 3.5 同功率、转速下，永磁同步电机可以做得比开关磁阻体积小、重量轻。 综上：与开关磁阻电机相比，永磁同步电机的优势更明显，特别是在负载不高的工况下，节能效果比较突出。
(完整word版)开题报告：永磁同步电机控制系统仿真
1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展，各种控制技术的应用 - 1 -
高效永磁同步电动机设计技术研究
高效永磁同步电动机设计技术研究
目录 1、基本情况及背景介绍 (2) 2、高效永磁同步电动机关键技术的研究 (3) 2.1优化转子磁路结构，提高电机的可靠性 (3) 2.2永磁电机防退磁技术研究 (5) 2.3漏磁系数准确计算的研究 (7) 2.4稀土永磁材料的高温退磁特性及应用技术的研究 (10) 2.5稀土永磁材料的剩磁测试技术的研究 (14) 2.6电机的起动性能 (16) 2.7失步转矩倍数 (17) 2.8其它性能指标 (18)
1、基本情况及背景介绍 稀土永磁是一种高性能的功能材料，它的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积等优异磁性能特别适合于制造电机。用它制成的永磁同步电机，不需要用以产生磁场的无功励磁电流，可显著提高功率因数，减少定子电流和定子电阻损耗。在稳定运行时没有转子电阻损耗，使电机温升有较大裕度，从而可将风扇减小甚至不安装风扇，以减少风摩损耗提高电机效率。与普通的电励磁同步电动机相比，不需要用以产生磁场的励磁绕组和直流励磁电源，取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机，运行可靠，又效率提高。因此，国内外都投入大量人力物力从事高效钕铁硼永磁电机的研制开发。 相对于异步电机，永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、功率密度高等优点，效率比同规格的感应异步电机高2~8%。我国稀土永磁资源储量占世界储量的80％，发展永磁电机具有得天独厚的优势。 早在1980年，我国有关高校及科研院所就开始从事高效永磁电动机的研制开发，先后研制开发出多种类型电动机的样机，技术水平参差不齐，还存在着转子磁路单一、永磁材料可能退磁、测试和制造工艺复杂等问题，性能价格比不够理想，价格偏高。 为了充分发挥钕铁硼永磁材料的优异磁性能，针对钕铁硼永磁电动机在磁、电、机、热等方面的特点，进行技术集成和创新，特别对转子磁路结构、钕铁硼永磁材料的热稳定性做了深入研究，并应用于产品开发过程，提高其效率、性价比，可靠性（主要指不退磁），扩大应用领域，为把稀土资源优势转化为经济优势作贡献。