永磁辅助式磁阻同步电机发展现状
永磁辅助式磁阻同步电机发展现状
永磁同步电机学习笔记
1.内功率因数角：定子相电流与空载反电势的夹角，定子相电流超前时为正。 2.功率角（转矩角）：外施相电压超前空载反电势的角度，是表征负载大小的象征。 3.功率因数角：外施相电压与定子相电流的夹角。 4.内功率因数角决定直轴电枢反应是出于增磁还是去磁状态的因素。 5.实际的空载反电势由磁钢产生的空载气隙磁通在电枢绕组中感应产生，当实际反电势大于临界反电势时，电动机将处于去磁工作状态。空载损耗与空载电流是永磁电机出厂试验的两个重要指标，而空载反电势对这两个指标的影响尤其重大。空载反电势变动时空载损耗和空载电流也有一个最小值，空载反电势设计得过大或过小都会导致空载损耗和空载电流的上升，这是因为过大或过小都会导致空载电流中直轴电流分量急剧增大的缘故。还对电动机的动、稳态性能均影响较大。永磁机的尺寸和性能改变时，曲线定子电流I=f(E)是一条V形曲线。（类似于电励磁同步机定子电流和励磁电流的关系曲线） 6.由于永磁同步电动机的直轴同步电抗一般小于交轴同步电抗，磁阻转矩为一负正弦函数，因而矩角特性曲线上最大值所对应的转矩角大于90度，而不像电励磁同步电机那样小于90度。这是一个特点。 7.工作特性曲线： 知道了空载反电势、直轴同步电抗、交轴同步电抗和定子电阻后，给出一系列不同的转矩角，便可以求出相应的输入功率，定子相电
流和功率因数，然后求出电动机在此时的损耗，便可以得到电动机出去功率和效率，从而得到电动机稳态运行性能与输出功率之间的关系曲线，即为电动机工作曲线。 8.铁心损耗： 电动机温度和负载变化导致磁钢工作点改变，定子齿、轭部磁密也随之变化。温度越高，负载越大，定子齿、轭部的磁密越小，铁耗越小。工程上采用与感应电机铁耗类似的公式，然后进行经验修正。 9.计算极弧系数： 气隙磁密平均值与最大值的比值。它的大小决定气隙磁密分布曲线的形状，因而决定励磁磁势分布的形状、空气隙的均匀程度以及磁路的饱和程度。其大小还影响气隙基波磁通与气隙总磁通比值，即磁钢利用率，和气隙中谐波的大小。 10.永磁电机气隙长度： 是非常关键的尺寸。尽管他对于永磁机的无功电流影响不如感应电机敏感，但对于交直轴电抗影响很大，继而影响电动机的其他性能。还对电动机的装配工艺和杂散损耗影响较大。 11.空载漏磁系数： 是很重要的参数，是空载时总磁通与主磁通之比，是个大于1 的数，反映空载时永磁体向外磁路提供的总磁通的有效利用程度。空载漏磁系数以磁导表示的表达式又正好是负载时外磁路应用戴维宁定理进行等效转换的变换系数，同时由于负载情况的不同，电枢磁动势大小不同，磁路的饱和程度也随之改变，气隙磁导、漏磁导
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
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究 摘要 永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。 关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机 一、永磁同步电机弱磁控制研究现状 1．永磁同步电机及其控制技术的发展 任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，交流电机的转矩控制性能不佳。经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。 1．1 矢量控制 1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。 1．2 恒压频比控制 恒压频比控制是一种开环控制，它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。近年来，研究了各种非线性控制器，来解决永磁同步电机非线性的特性。 1．3 直接转矩控制 矢量控制方案是一种很有效的交流伺服电机控制方案，但是由于该方案需要进行矢量旋转变换，坐标变换比较复杂。此外，由于电机的机械常数慢于电磁常数，矢量控制中转矩响应的速度不够迅速。针对矢量控制的上述缺点，德国学者
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/e915299505.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
永磁同步电机基础的知识
(一) PMSM 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2) 不考虑涡流和磁滞损耗； 3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势， 忽略气隙中的高次谐波； 4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： (l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示: d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ?=+-????=++?? 其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相
静止坐标系的变换，如下式所示。 cos sin 22 cos()sin() 33 22 cos()sin() 33 a d b q c u u u u u θθ θπθπ θπθπ ?? ? - ??? ?? ?? =--- ? ?? ?? ?? ?? ? +-+ ?? (2)d/q轴磁链方程： d d d f q q q L i L i ψψ ψ =+ ?? ? = ?? 其中，ψf为永磁体产生的磁链，为常数，0 f r e ω ψ=，而c r p ω ω=是机械角速度，p为同步电机的极对数，ωc为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项 倍。 (3)转矩方程： 3 2 e d q q d T p i i ψψ ?? =- ?? 把它带入上式可得: 3 () 2 33 () 22 e f q d q d q f q d q d q T p i L L i i p i p L L i i ψ ψ ?? =+- ?? =+- 对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若Ld=Lq，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为： 3 2 e f q t q T p i k i ψ == 这里， t k为转矩常数， 3 2 t f k pψ =。
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
自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比word版本
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/e915299505.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
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）。
永磁同步电机研究
永磁同步电机研究 一、绪论 目前，在电动汽车电驱动系统中，永磁同步电动机(PMSM)系统以其高技、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点受到国外电动汽车界的高度重视，是更具竞争力的电动汽车驱动电机系统。而且，中国拥有占世界80％储量的稀土资源，发展永磁电机作为电动汽车牵引电机具有得天独厚的优势。 PMSM：permanent magnet synchronous motor 是指根据电机的反电动势进行区分定义的电机：正弦反电势的永磁同步电机。以前采用的交流传动需要一个变速齿轮机构来将电机的转距传递到轮轴上，而采用永磁同步电机可以将电机整体地安装在轮轴上，形成整体直驱系统，即一个轮轴就是一个驱动单元，省去了一个齿轮箱 优点： （1）PMSM起动牵引力大 （2）PMSM本身的功率效率高以及功率因素高； （3）PMSM直驱系统控制性能好； （4）PMSM发热小，因此电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小； （5）PMSM允许的过载电流大，可靠性显著提高； （6）在高速范围中电机噪声明显降低； （7）系统传动损耗明显降低，系统发热量小； （8）系统采用全封闭结构，无传动齿轮磨损、无传动齿轮噪声，免润滑油、免维护； （9）整个传动系统重量轻，簧下重量也比传统的轮轴传动的轻，单位重量的功率大； （10）由于电机采用了永磁体，省去了线圈励磁，理论可节能10%以上； （11）由于没有齿轮箱，可对装向架系统随意设计：如柔式装向架、单轴转向架，使列车动力性能大大提高。
二、电动汽车电机的性能要求: 汽车行驶的特点是频繁地启动、加速、减速、停车等。在低速或爬坡时需要高转矩，在高速行驶时需要低转矩。电动机的转速范围应能满足汽车从零到最大行驶速度的要求，即要求电动机具有高的比功率和功率密度。电动汽车电动机应满足的主要要求可归纳为如下10个方面: (1) 高电压。在允许的范围内，尽可能采用高电压，可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。工作电压由THS的274 V提高到THS B的500 V;在尺寸不变的条件下，最高功率由33 kW提高到50 kW,最大转矩由350 N"m提高到400ON"m。可见，应用高电压系统对汽车动力性能的提高极为有利。 (2)转速高。电动汽车所采用的感应电动机的转速可以达到8 000一12 000 r/min，高转速电动机的体积较小，质量较轻，有利于降低装车的装备质量。(3)质量轻，体积小。电动机可通过采用铝合金外壳等途径降低电动机的质量，各种控制装置和冷却系统的材料等也应尽可能选用轻质材料。电动汽车驱动电动机要求有高的比功率(电动机单位质量的输出功率)和在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率，以实现降低车重，延长续驶里程;而工业驱动电动机通常对比功率、效率及成本进行综合考虑，在额定工作点附近对效率进行优化。(4)电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、加速、行驶、减速、制动等所需的功率与转矩。电动机应具有自动调速功能，以减轻驾驶员的操纵强度，提高驾驶的舒适性，并且能够达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制响应。 (5)电动汽车驱动电动机需要有4一5倍的过载，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求，而工业驱动电动机只要求有2倍的过载就可以了。 (6)电动汽车驱动电动机应具有高的可控性、稳态精度、动态性能，以满足多部电动机协调运行，而工业驱动电动机只要求满足某一种特定的性能。 (7)电动机应具有高效率、低损耗，并在车辆减速时，可进行制动能量回收。 (8)电气系统安全性和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定。电动汽车的各种动力电池组和电动机的工作电压可以达到300 V以上，因此必须装备高压保护设备以保证安全。
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：
永磁同步电机研究的热点及发展方向
永磁同步电机研究的热点及发展方向 一、永磁电机作为驱动电机的优越性 基于当前汽车对驱动电机的特殊要求，不同的电机解决方案都在研究和论证过程中，其中永磁电机作为驱动电机的解决方案已经被越来越多地采用，永磁电机是在Y系列电机的基础上，将电机转子嵌入稀土钕铁硼材料而成，其作为驱动电机具有如下特点[1]。 转矩、功率密度大、起动力矩大。永磁电机气隙磁密度可大大提高，电机指标可实现最佳设计，使得电机体积缩小、重量减轻，同容量的稀土永磁电机体积、重量、所用材料可以减轻30%左右。永磁驱动电机起动转矩大，在汽车起动时能够提供有效的起动转矩，满足汽车的运行需求。 力能指标好。Y系列电机在60%的负荷下工作时,效率下降15% ，功率因数下降30%，力能指标下降40%。而永磁电机的效率和功率因数下降甚微，当电机只有20%负荷时，其力能指标仍为满负荷的80%以上。同时永磁无刷同步电机的恒转矩区比较长，一直延伸到电机最高转速的50%左右，这对提高汽车的低速动力性能有很大帮助。 高效节能。在转子上嵌入稀土永磁材料后，在正常工作时转子与定子磁场同步运行，转子绕组无感生电流，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。永磁电机不但可减小电阻损耗，还能有效地提高功率因数。如在25% ～120%额定负载范围内永磁同步电机可均可保持较高的效率和功率因素。 结构简单、可靠性高。用永磁材料励磁，可将原励磁电机中励磁用的极靴及励磁线圈由一块或多块永磁体替代,零部件大量减少，在结构上大大简化。同时省去了励磁用的基电环和电刷，不但改善了电机的工艺性,而且电机运行的机械可靠性大为增强,寿命增加。转子绕组中不存在电阻损耗，定子绕组中几乎不存在无功电流，使电机温升低,这样也可以使整车冷却系统的负荷降低，进一步提高整车运行的效率。 二、永磁同步电机研究的热点 在开发高性能永磁同步电机过程中，遇到一些问题，进而成为研究的热点[2]。 1）不可逆退磁问题。如果设计或使用不当，永磁同步电机在过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能下降，甚至无法使用。因此，既要研究开发适用于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构型式的抗去磁能力，以便设计和制造时，采用相应措施保证永磁同步电机不失磁。
直流无刷电机与永磁同步电机的比较只是分享
直流无刷电机BLDCM与永磁同步电机PMSM的比较 直流无刷电机BLDCM Brushless Direct Current Motor 永磁同步电机(交流无刷电机) PMSM(BLACM) Permanent Magnet Synchronous Motor (Brushless Alternating Current Motor) 1 PMSM和BLDCM相同点和不同点 1.1 PMSM和BLDCM的相似之处 两者其实都是交流电机，起源不同但从结构上看，两者非常相似。 PMSM起源于饶线式同步电机，它用永磁体代替了绕线式同步电机的激磁绕组，它的一个显著特点是反电势波形是正弦波，与感应电机非常相似。在转子上有永磁体，定子上有三相绕组。BLDCM起源于永磁直流电机，它将永磁直流电机结构进行“里外翻”，取消了换相器和电刷，依靠电子换相电路进行换相。转子上有永磁体，定子上有三相绕组。 1.2 PMSM和BLDCM的不同之处 反电势不同，PMSM具有正弦波反电势，而BLDCM具有梯形波反电势。 定子绕组分布不同，PMSM采用短距分布绕组，有时也采用分数槽或正弦绕组，以进一步减小纹波转矩。而BLDCM采用整距集中绕组。 运行电流不同，为产生恒定电磁转矩，PMSM需要正弦波定子电流；BLDCM需要矩形波电流。PMSM和BLDCM反电势和定子电流波形如图1所示。 永磁体形状不同，PMSM永磁体形状呈抛物线形，在气隙中产生的磁密尽量呈正弦波分布；BLDCM永磁体形状呈瓦片形，在气隙中产生的磁密呈梯形波分布。 运行方式不同，PMSM采用三相同时工作，每相电流相差120°电角度，要求有位置传感器。BLDCM采用绕组两两导通，每相导通120°电角度，每60°电角度换相，只需要换相点位置检测。正是这些不同之处，使得在对PMSM和BLDCM的控制方法、控制策略和控制电路上有很大差别。 2 PMSM和BLDCM特性分析 2.1按照空间应用中最关心的特性：功率密度、转矩惯量比、齿槽转矩和转矩波动、反馈元
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。