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轴向磁场永磁同步电机耦合故障特征分析
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作者 兰晓阳 邓明星 +2 位作者 许小伟 王亚玮 马季旻 《华北电力大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第5期85-92,共8页
轴向磁场永磁同步电机在潮湿、高温和振动的环境长时间运转,容易出现匝间短路和永磁体退磁耦合故障。为了实现对耦合故障产生的信号进行特征分析。首先从电机工作原理入手,建立了电机三维有限元模型,并通过对比实验数据和仿真结果,确定... 轴向磁场永磁同步电机在潮湿、高温和振动的环境长时间运转,容易出现匝间短路和永磁体退磁耦合故障。为了实现对耦合故障产生的信号进行特征分析。首先从电机工作原理入手,建立了电机三维有限元模型,并通过对比实验数据和仿真结果,确定了所建电机模型和实际电机相符合。然后结合simplorer实现了有限元模型对匝间短路故障、永磁体退磁故障和耦合故障的模拟。最后,对比了不同故障状态下电机模型的电磁转矩、感应电势和故障相电流等特征量,并分析了特征量各阶次谐波含量的变化。研究结果确定了有效区分单一匝间短路故障、单一永磁体退磁故障和耦合故障的特征量分别为感应电势分数次谐波含量和故障相电流出现的周期为极对数的电流脉动,为该类电机故障特征分析提供一定的参考依据。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁同步电机 特征分析 匝间短路故障 永磁体退磁故障 耦合故障
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定子无铁心轴向磁场永磁电机的解析设计 被引量:16
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作者 董剑宁 黄允凯 +1 位作者 金龙 林鹤云 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期43-49,共7页
对定子无铁心轴向磁场永磁电机而言,最准确的设计方法是三维有限元法,但该方法异常耗时。为解决这一问题,本文提出一种解析设计方法。首先推导出了定子无铁心轴向磁场永磁电机的空载磁场三维解析模型。在此基础上,使用绕组函数法推导出... 对定子无铁心轴向磁场永磁电机而言,最准确的设计方法是三维有限元法,但该方法异常耗时。为解决这一问题,本文提出一种解析设计方法。首先推导出了定子无铁心轴向磁场永磁电机的空载磁场三维解析模型。在此基础上,使用绕组函数法推导出电机的反电动势波形解析式,根据绕组端部长度估算值等参数计算出电感、电阻,分析了电机的各项损耗并给出其各自的计算公式;然后根据电机等效电路推导了其稳态性能的表达式;最终使用该设计方法设计了三种不同功率级别、不同绕组形式的样机。样机试验测量结果与计算值相吻合,验证了设计方法的正确性。 展开更多
关键词 永磁 轴向磁场电机 解析法 无铁心
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轴向磁场直流电机的直径比及磁钢布置 被引量:1
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作者 傅为农 谢国栋 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1995年第1期80-84,共5页
本文从理论上证明了当轴向磁场直流电机的电磁功率最大时,电枢有效外内径的最佳比值为3,以及采用双面磁钢可比单面磁钢减少漏磁通1/2以上.这些结论用轴向磁场直流电机优化设计程序的实际计算进行了验证,并利用样机验证了计算结... 本文从理论上证明了当轴向磁场直流电机的电磁功率最大时,电枢有效外内径的最佳比值为3,以及采用双面磁钢可比单面磁钢减少漏磁通1/2以上.这些结论用轴向磁场直流电机优化设计程序的实际计算进行了验证,并利用样机验证了计算结果的正确性. 展开更多
关键词 轴向磁场电机 直流电机 直径比 磁钢布置
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磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机的设计与分析 被引量:36
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作者 曹永娟 黄允凯 +1 位作者 金龙 胡敏强 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期903-909,共7页
在现有Halbach阵列永磁电机的基础上,提出了一种磁极组合式的Halbach永磁阵列轴向磁场无铁心电机,阐述了该电机的结构与优点,分析了该电机的电磁转矩。借助三维有限元分析方法,优化设计了组成转子磁极的Halbach永磁材料、软磁材料尺寸... 在现有Halbach阵列永磁电机的基础上,提出了一种磁极组合式的Halbach永磁阵列轴向磁场无铁心电机,阐述了该电机的结构与优点,分析了该电机的电磁转矩。借助三维有限元分析方法,优化设计了组成转子磁极的Halbach永磁材料、软磁材料尺寸。在综合考虑单位体积永磁体所产生电磁转矩和气隙磁密正弦性的基础上,确定了电机转子磁极上轴向磁化、切向磁化永磁体以及软磁材料的极弧系数。与传统Halbach结构轴向磁场无铁心永磁电机相比,优化后的磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机,在保证气隙磁密大小一定的基础上,减少了永磁体用量,降低电机造价,从而提高了电机性价比。样机实验和有限元分析结果验证了所设计电机的正确性和有效性。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁电机 磁极组合型 Halbach磁体阵列 有限元分析 优化设计
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磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计 被引量:23
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作者 徐磊 朱孝勇 +2 位作者 张超 范文杰 肖晖 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1971-1982,共12页
为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺... 为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁电机 Halbach永磁体阵列 磁极径向组合 转矩品质 多目标优化设计
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基于虚拟直流母线结构的轴向磁场永磁电机小电容驱动系统 被引量:5
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作者 张超 徐磊 +2 位作者 朱孝勇 杜怿 全力 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第20期7141-7151,共11页
该文提出一种新的有源功率解耦电路及瞬时电压控制策略,基于此构建轴向磁场永磁电机(axialfieldpermanent magnet,AFPM)的小电容驱动系统。该有源功率解耦电路在电网、直流母线之间构建2套功率供给通道,增加了电网脉动功率控制自由度和... 该文提出一种新的有源功率解耦电路及瞬时电压控制策略,基于此构建轴向磁场永磁电机(axialfieldpermanent magnet,AFPM)的小电容驱动系统。该有源功率解耦电路在电网、直流母线之间构建2套功率供给通道,增加了电网脉动功率控制自由度和灵活性。控制解耦电容电压跟踪虚拟直流母线电压脉动量变化,有效抑制电网脉动功率对直流母线电压的影响。将瞬时电压控制策略引入到小电容AFPM电机驱动系统直流母线电压抑制环节,进一步将直流母线电压波动控制在较小的范围内,实现静、动态工况下小电容AFPM驱动系统高性能运行。分析该有源功率解耦电路的工作机理,对其数学模型进行推导,详述电路关键参数的设计思路。最后,通过原理样机验证该解耦电路及对应小电容驱动系统的有效性。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁电机 有源功率解耦 虚拟直流母线 小电容驱动系统 瞬时电压控制
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轴向磁场盘式永磁电机等效磁路网络及气隙漏磁的分析计算 被引量:18
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作者 宫晓 徐衍亮 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期59-64,共6页
为避免在轴向磁场盘式永磁电机的初始设计及优化设计中,使用三维有限元(3DFEM)方法计算漏磁系数时耗费的巨大的建模及计算时间,建立该种电机的等效磁路网络模型,并计算组成该模型的各等效磁阻,得到该种电机漏磁系数的解析表达式。通过3D... 为避免在轴向磁场盘式永磁电机的初始设计及优化设计中,使用三维有限元(3DFEM)方法计算漏磁系数时耗费的巨大的建模及计算时间,建立该种电机的等效磁路网络模型,并计算组成该模型的各等效磁阻,得到该种电机漏磁系数的解析表达式。通过3D-FEM方法及样机永磁电动势的试验测试,证明本文给出的轴向磁场盘式永磁电机等效磁路网络模型及漏磁计算的正确性。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁电机 漏磁系数 等效磁路网络 三维有限元
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无轭分块电枢轴向磁场永磁电机的尺寸方程与磁网络模型 被引量:8
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作者 徐衍亮 徐龙江 高启龙 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期27-32,共6页
针对无轭分块电枢(YASA)轴向磁场永磁电机高功率密度、高效率、高过载能力的特点,提出其尺寸方程的推导公式,并结合其特殊的磁路结构建立等效磁网络模型,以此对电机进行设计和分析。电机的定子模块可采用软磁复合材料(SMC)制成,该材料... 针对无轭分块电枢(YASA)轴向磁场永磁电机高功率密度、高效率、高过载能力的特点,提出其尺寸方程的推导公式,并结合其特殊的磁路结构建立等效磁网络模型,以此对电机进行设计和分析。电机的定子模块可采用软磁复合材料(SMC)制成,该材料易于模压成型且在高频工况下涡流损耗小,能够进一步降低铁耗,提升运行效率,使其适用于电牵引驱动特别是电动汽车的轮毂和轮边驱动。首先,推导该电机的主要尺寸方程,通过该方程可以确定影响电机输出功率的因素;然后,结合电机主磁通流经的路径建立简化的磁网络模型,基于该模型可以直接得到电机的绕组磁链,并可计算出电机的空载永磁相电动势(EMF)波形及负载电磁转矩大小;最后,通过三维有限元仿真(FEM)及样机试验的结果验证了所建立磁网络模型的正确性。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁电机 无轭分块电枢 软磁复合材料 尺寸方程 磁网络模型
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轴向磁场永磁记忆电机多目标分层优化设计 被引量:40
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作者 曹永娟 冯亮亮 +3 位作者 毛瑞 余莉 贾红云 贾周 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1983-1991,共9页
为了同时实现新型轴向磁场永磁记忆电机的高性能及低成本,提出一种基于分层策略的多目标优化设计方法。通过在分析电机尺寸方程及灵敏度,得到影响目标的优化参数基础上,将所选的气隙磁密、永磁成本、轴向受力、感应电动势(electromotive... 为了同时实现新型轴向磁场永磁记忆电机的高性能及低成本,提出一种基于分层策略的多目标优化设计方法。通过在分析电机尺寸方程及灵敏度,得到影响目标的优化参数基础上,将所选的气隙磁密、永磁成本、轴向受力、感应电动势(electromotive force,EMF)、感应电动势波形畸变率(total harmonic distortion,THD)、齿槽转矩6个优化目标分为两个层次,从而实现方程组的降维;针对分层策略,提出一种结合中心复合表面设计(central composite face,CCF)和Box-Behnken设计(BBD)的分层响应面法(response surface method,RSM)。此外,基于罚函数和目标约束得到一种改进的NSGA-Ⅱ (NSGA-Ⅱ-M)多目标遗传优化算法。通过比较分层RSM和NSGA-Ⅱ-M给出的优化方案,并结合有限元仿真结果和样机实验结果,验证了所提出的电机多目标分层优化方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁记忆电机 多目标分层优化 响应面法 NSGA-Ⅱ
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定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机损耗分析及效率优化 被引量:23
10
作者 高华敏 张卓然 +2 位作者 王晨 刘业 耿伟伟 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期2002-2011,共10页
减速装置的引入使得轮毂电机分布式驱动系统对电机本体的效率提出了更高的要求。为了实现定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机在其常用工况下的高效率,该文分析了利兹线和扁线对定子槽满率的影响规律,建立了不同线型绕组的交流损耗计算模型... 减速装置的引入使得轮毂电机分布式驱动系统对电机本体的效率提出了更高的要求。为了实现定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机在其常用工况下的高效率,该文分析了利兹线和扁线对定子槽满率的影响规律,建立了不同线型绕组的交流损耗计算模型,对不同线型绕组电机的交直流铜损进行了计算与对比分析,并基于损耗产生机理提出扁线绕组分股和换位的交流损耗抑制方法。在此基础上,针对轮毂电机驱动系统的常用工况,对不同线型绕组电机的损耗和效率进行全面对比。结果表明,采用该文提出的效率优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率,使用改进型扁线绕组的定子无铁心轴向磁场永磁电机适合作为减速驱动轮毂电机应用,尤其是对转矩需求较高的轮毂电机。试验结果验证了理论和仿真分析方法的正确性。 展开更多
关键词 定子无铁心电机 轴向磁场永磁电机 轮毂电机 环流损耗 涡流损耗
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混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机多矢量模型预测电流控制 被引量:6
11
作者 林克曼 徐磊 +3 位作者 刘浩 林明耀 范文杰 蔡晓磊 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第13期5218-5228,共11页
混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁... 混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁场矢量耦合、参数非线性等问题,提出一种多矢量模型预测电流控制策略。详细分析电励磁磁场与电枢磁场耦合机理,构建HEAFFSPM电机离散数学模型。在此基础上,基于三矢量电流模型预测方法,提出电枢电压矢量与励磁电压矢量合成方法。在每个采样周期内,将多个基本电压矢量合成为两个幅值和方向均可调的虚拟电压矢量,实现对交、直轴电流与励磁电流的无差拍控制,有效缓解了电枢与励磁独立控制下磁场耦合导致的驱动系统运行性能恶化、电流畸变等问题,提高了HEAFFSPM电机控制系统的控制精度和响应速度。最后,通过实验验证所提出的多矢量模型预测电流控制策略的有效性。 展开更多
关键词 混合励磁 轴向磁场永磁电机 多矢量 模型预测电流控制
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轴向磁通切换永磁电机双矢量合成模型预测磁链控制 被引量:6
12
作者 张蔚 翟良冠 +1 位作者 梁惺彦 袁晓强 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1946-1959,共14页
为了减少轴向磁场磁通切换永磁电机(axial field flux-switching permanent magnet machine,AFFSPMM)的转矩和定子磁链脉动,提出一种磁链矢量跟踪误差最小化的双矢量合成模型预测磁链控制(two-vector synthetic model predictive flux c... 为了减少轴向磁场磁通切换永磁电机(axial field flux-switching permanent magnet machine,AFFSPMM)的转矩和定子磁链脉动,提出一种磁链矢量跟踪误差最小化的双矢量合成模型预测磁链控制(two-vector synthetic model predictive flux control,TVS-MPFC)方法。首先,为了消除传统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)价值函数中的加权因子,推导TVS-MPFC的等效价值函数;然后,根据无差拍控制估算参考电压矢量;接着,在一个控制周期内,采用双电压矢量的控制方法来提高控制系统的稳定性,其中第一个电压矢量直接选定为有效矢量,而第二个电压矢量在有效矢量和零矢量之间进行选择;最后,根据磁链矢量跟踪误差最小化原理,确定所选电压矢量的占空比。通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,与传统MPTC和DB-MPFC相比,所提TVS-MPFC改善了AFFSPMM控制系统稳态性能,特别是在低速和超低速运行的工况下效果更明显。 展开更多
关键词 模型预测磁链控制 轴向磁场磁通切换永磁电机 转矩脉动抑制 双矢量合成 磁链矢量跟踪误差最小化
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定子无铁心永磁电机技术研究现状与发展 被引量:22
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作者 张卓然 耿伟伟 陆嘉伟 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期582-600,共19页
由于定子全部或局部取消了具有磁饱和特性的导磁铁心介质,定子无铁心永磁电机具有效率高、过载能力强、无齿槽转矩、转子损耗低等优点,在飞轮储能、风力发电、航空航天伺服和全电推进系统等场合具有重要的应用前景。依据磁场形成原理对... 由于定子全部或局部取消了具有磁饱和特性的导磁铁心介质,定子无铁心永磁电机具有效率高、过载能力强、无齿槽转矩、转子损耗低等优点,在飞轮储能、风力发电、航空航天伺服和全电推进系统等场合具有重要的应用前景。依据磁场形成原理对定子无铁心和无槽永磁电机进行了分类,包括径向磁场型、轴向磁场型、直线运动型等。阐述了不同结构拓扑下的定子无铁心电机的特征和关键技术,包括定子绕组的设计与冷却、气隙磁场正弦度的优化、小电感特性下的控制技术等。总结了国内外定子无铁心和无槽永磁电机研究进展及其应用情况。结合定子无铁心永磁电机的效率、转矩等特性,讨论了该类电机的研究方向和发展趋势。 展开更多
关键词 定子无铁心电机 定子无槽电机 永磁电机 轴向磁场永磁电机 电推进系统 飞轮储能系统
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盘式电机气隙漏磁与空载气隙磁密的解析计算 被引量:12
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作者 于慎波 江爽 夏鹏澎 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期61-67,共7页
针对在盘式永磁电机的初始分析与优化设计阶段,使用有限元方法计算漏磁系数与气隙磁密时需要耗费大量的建模及计算时间这一问题,对该种电机的磁路进行了分析,建立了该种电机的等效磁网络模型,并计算出模型中的各种等效磁阻,得到了该种... 针对在盘式永磁电机的初始分析与优化设计阶段,使用有限元方法计算漏磁系数与气隙磁密时需要耗费大量的建模及计算时间这一问题,对该种电机的磁路进行了分析,建立了该种电机的等效磁网络模型,并计算出模型中的各种等效磁阻,得到了该种电机漏磁系数的解析表达式。利用二分法优化计算,求出该种电机气隙磁场端部效应修正函数,端部效应修正函数适用于不同尺寸、不同极槽配合、不同结构类型的轴向磁场盘式永磁电机。解析计算出该种电机24个槽距下的相对气隙磁导函数,并在平均半径处建立了考虑齿槽效应的空载气隙磁密解析模型。最后,将解析计算结果与有限元仿真的结果进行对比,数据吻合度高,验证了等效磁网络模型与空载气隙磁密解析模型的正确性。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁电机 等效磁网络 漏磁系数 空载气隙磁密 端部效应 解析法
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基于三维正交磁场的AFPMMM铁耗计算与分析 被引量:1
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作者 曹永娟 张伟 +1 位作者 许烨枫 顾迪 《电子测量技术》 北大核心 2023年第21期16-22,共7页
轴向磁场永磁记忆电机(AFPMMM)是一种新型结构的电机,铁耗的准确计算对电机性能分析有着重要意义。为了获得准确的AFPMMM铁耗,首先建立铁心多环分层模型并分析铁心典型位置处的磁场;其次,在经典损耗分离模型的基础上引入柱坐标系分解磁... 轴向磁场永磁记忆电机(AFPMMM)是一种新型结构的电机,铁耗的准确计算对电机性能分析有着重要意义。为了获得准确的AFPMMM铁耗,首先建立铁心多环分层模型并分析铁心典型位置处的磁场;其次,在经典损耗分离模型的基础上引入柱坐标系分解磁密以构建铁耗计算模型,该模型不仅考虑了高次谐波的影响,还通过磁滞损耗修正系数和涡流矫正函数来提高铁耗计算精度;最后对样机进行实验测试,将改进后的模型和几种计算方法的结果值同时与实测值进行对比。研究结果表明:改进后铁耗模型在各转速下的计算精度得到明显的提升,相比实验结果平均偏差3.45%,更加贴近实测值。 展开更多
关键词 轴向磁场永磁记忆电机 多环分层 涡流矫正 三维正交铁耗模型
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