尹华杰[1]1994年在《主轴永磁同步电机电磁结构及“弱磁”问题的研究》文中提出本文根据数控机床主轴驱动的要求以及永磁同步电机发展的现状,提出了用永磁同步电机驱动数控机床主轴这一崭新的课题,并围绕主轴驱动永磁同步化的主要障碍——永磁同步电机的“弱磁”问题,从电机电磁结构和控制方法两方面进行了深入的研究。全文共九章,可分为六个部分。第一部分研究永磁同步电机“弱磁”的本质、方法、“弱磁”性能与电机参数的关系,主要包括一、三、四、五等章的有关内容。其中第一章详细介绍和分析永磁同步电机的“弱磁”问题;第三章研究理想“弱磁”型永磁同步电机( E0=XdIN)参数和调速特性的关系,介绍了优化的“弱磁”运行控制方法;第四章研究实际永磁同步电机(E0>XdIN)的“弱磁”运行,推导了理想“弱磁”条件的电磁负荷表达式,研究了电机“弱磁”性能与凸极性的关系,并给出一个说明“弱磁”控制的图示方法;第五章研究永磁同步电机的控制性能与凸极性的关系。第二部分(第六章)研究适合于永磁同步电机“弱磁”的电磁结构。首先分析“弱磁”对电机主要尺寸参数及电磁负荷的要求,然后比较各种普通永磁转子结构、复合永磁转子结构“弱磁”性能、防永磁体去磁性能的优劣,最后比较了各种磁阻转子结构交、直轴电感的情况。第三部分(第七章)介绍“弱磁”型复合转子永磁同步电机的关键性设计技术。其中包括均匀气隙电机正弦波永磁场的产生技术;均匀大气隙电机电抗的计算方法(针对复合转子永磁段);复合转子永磁电机永磁段的电枢计算长度;交轴磁通路障型磁阻转子结构在任意电枢电流幅值和相位下交、直轴饱和电感的有限元计算方法;具有多种槽形的正弦混相绕组槽漏抗的计算方法;复合转子永磁电机的电磁设计方法以及转子两部分的比例优化等等。第四部分(第八章)研究复合转子永磁同步电机考虑交、直轴饱和相互影响的数学模型及其参数辨识方法。第五部分(第九章)为复合转子永磁同步电机“弱磁”扩速的实验研究。第六部分(第二章)详细介绍作者为了应用有限元方法计算交轴磁通路障型磁阻转子段电感以及永磁场而在电磁场有限元计算方面所做的工作及开发的自动剖分技术——平面任意复杂多连域的快速Delaunary三角化技术——一个时间与要求的剖分单元数成线性关系、与区域复杂性无关的自动剖分方法。
董轶[2]2012年在《主轴永磁同步电机的设计与优化》文中研究表明随着永磁同步电动机的不断发展,其高效率,大功率密度,稳定运行的优点必将在数控机床和加工中心得到广泛应用。作为机床的关键部件的主轴电机,其性能的优劣,对机床的加工精度,效率等有着重要的影响。永磁同步电动机弱磁难的问题一直限制着机床和加工中心主轴电机永磁同步化的发展,本文主要针对主轴永磁同步电动机电磁设计进行研究,通过优化结构增强其弱磁能力。首先介绍国内外主轴电机发展现状,说明主轴电机对性能要求的发展趋势主要是低速满出力,高速恒功率,拥有宽广的调速范围,而永磁电机应用于主轴电机的主要障碍是永磁电机的弱磁问题,结合国内外研究成果研究讨论永磁同步电机弱磁扩速难的根源,以及解决弱磁扩速的根本措施,在此基础上总结电机主要设计参数对电机性能的影响,对比各种转子结构的优缺点,选择适合本文主轴永磁同步电机的转子结构。然后根据主轴永磁同步电机性能指标确定电机的电磁结构,对电机进行电磁设计,借助有限元软件Ansoft对永磁同步电机电磁场仿真分析,对得到的电磁场仿真结果进行计算研究,得到永磁同步电机空载反电动势,直、交轴电枢反应电抗等一些关键参数,进而计算分析电机性能。最后借助有限元分析软件对不同的转子磁钢结构进行电磁场分析计算,通过对仿真数据的计算的结果对比,总结转子磁桥尺寸的变化对永磁同步电机弱磁能力以及转矩波动的影响规律,极弧系数对电机电磁性能的影响规律,在此基础上优化本文电机的电磁结构,并对所设计的电机进行电磁校验。
郭振宏[3]1999年在《主轴永磁同步电动机及其传动系统设计研究》文中认为本文的研究工作围绕高性能机床主轴永磁同步电动机及其传动系统的设计研究展开,所做工作主要包括五部分: 首先,根据机床主轴传动系统的运行特点,从降低主轴永磁同步电动机温升以及与主轴电机匹配的逆变器容量,提高主轴电机恒转矩运行时的转矩输出能力、电机的最高转速和恒功率调速比出发,确定了正弦波电流矢量控制永磁同步电动机的定子电流控制策略,即恒转矩运行时采用最大转矩/电流控制策略,而恒功率运行时则采用弱磁控制策略(根据负载功率的大小又可分为普通弱磁控制和最大功率输出弱磁控制);通过对不同控制策略下主要设计参数(包括空载永磁磁链,电机交、直轴电感等)对主轴永磁同步电动机性能影响的计算分析,总结了主轴永磁同步电动机参数设计的规律,确定了主轴电机的参数设计原则:研究并提出了永磁同步电动机弱磁扩速的主要方法和实用措施;在分析比较不同转子磁路结构电机性能,尤其是电机弱磁扩速能力的基础上,提出了一种易于弱磁扩速,并同时能保证电机恒转矩运行时的转矩输出能力的新型转子磁路结构。 其次,以本文所提转子磁路结构永磁同步电动机为主,对电机的参数进行了深入、透彻的计算、分析和研究。研究工作围绕影响正弦波电流矢量控制永磁同步电动机性能的几个关键设计参数展开,主要包括:空载漏磁系数,极弧系数和电机空载气隙磁密波形,以及电机的交、直轴电感参数等。计算并总结了不同结构设计数据,不同永磁体充磁方式、尺寸和性能,以及施加不同的电机交、直轴电流等因素对上述电机关键设计参数的影响规律,并在此基础上对采用本文提出转子磁路结构的主轴永磁同步电动机进行了电磁设计。 鉴于所设计主轴永磁同步电动机的最高转速很高,本文在第三部分中对电机运行于高转速时的机械性能进行了校验,并对主轴电机进行了机械设计。应用三维有限元数值计算软件对具有典型代表性的两种常用转子结构和本文所提出的转子结构的机械强度和刚度进行了计算。计算结果表明,现有转子结构已无法胜任本文主轴电机所要求的机械性能,而本文所提出的转子结构当采用适宜结构材料时则可满足电机的机械性能要求;应用传递矩阵法对电机转轴的临界转速和振型进行了验证和分析,结果表明,采用本文所提出的转子结构电机的一阶临界转速远高于电机的最高转速,避免了共振所导致的危害,从而保证了电机的安全运转;提出了本文所提结构的转子的制造工艺和制造方法,并针对所提结构属实心转子的情形,在转子导磁套筒上设计了隔涡流环;对电机转轴、轴承的设计和轴承润滑剂的选用进行了研究,提出了合理、实用的方案和实施措施。 在本文的第四部分中,应用本文所开发的计算机数字仿真软件,对包括主轴永磁同步电动机、控制算法、速度控制器和滞环电流调制器在内的永磁同步电动机主轴传动系统的动、稳态性能进行了分析研究:对速度控制中的速度分段进行了合理的划分,并通过仿真确定了不同速度段内的控制参数;对不同转速指令下电机起动过程和稳定运行时的电机转
张岳[4]2014年在《电动车用永磁电动机设计及弱磁控制》文中进行了进一步梳理作为电动汽车驱动的核心元件之一,驱动电机的性能对电动汽车的运行状况有着显著的影响,因此设计效率、可靠性高、控制性能好的电机对电动汽车的应用与发展具十分重要的意义。本文以高功率密度、高效率和宽调速范围为目的设计了一台电动汽车用永磁电机,并对其弱磁控制作了初步分析。本文设计的电动汽车电机采用内置式“V”形转子结构,电机的额定功率为20kW,转速为2000r/min。本文首先讨论了永磁电机的基本设计方法及主要参数的选取原则。使用有限元分析软件,设计和优化内置式永磁电机转子槽的结构,以减小电机运行过程中的齿槽转矩。通过调整永磁体的极间距离的方法,研究了在该参数对电机的空载反电势以及气隙磁密基波分量的影响,以找到优化的“V”形内置式永磁电机设计规律。在永磁电机输出最大转矩的前提下,研究了绕组分别通入额定电流和两倍的额定电流的情况下,相邻永磁体间距离对电磁转矩和转矩脉动的影响。通过对电机空载反电势、各相绕组的自感和互感谐波等各种因素的分析,得到了其对电机转矩脉动的影响。使用Abaqus有限元软件对电机额定转速下的应力场进行分析,确定电机转子冲片最大受力点的位置及转子冲片所产生的形变量。弱磁控制是永磁电机作为电动汽车驱动过程中的主要控制策略。本文描述了电动汽车用永磁电机弱磁调速控制的原理和基本方法,并且针对本文设计的电机,使用Matlab/Simulink仿真软件设计了其弱磁调速方法,并给出相应仿真结果,以扩展电机的转速运行范围。本文实现了样机制造,进行了部分实验,得出了样机的相关参数及实验曲线。
潘继文[5]2007年在《基于DSP的永磁同步主轴电机控制系统设计》文中研究说明本课题主要是围绕研制出高性能,高调速比的永磁同步主轴电机的控制系统这一目标而展开的,主要对控制系统的体系结构、提高控制系统的精度及性能的控制算法以及软硬件的设计问题进行了研究。相对于伺服电机来说,主轴驱动单元的电机系统不但要求转速高,起动时间短,电机转速波动小,转矩和功率大,还要有较宽的调速范围,在要求主轴能够实现较高转速的同时,低速段要求尽可能大的输出扭矩。为实现上述目标,本课题采用弱磁控制,即低速时采用最大电流/转矩控制,高速时采用最大功率控制。本课题的硬件设计包括了主电路的设计,控制系统设计,驱动系统设计及各种保护电路的设计,这几个部分构成一个有机的整体为控制系统稳定、安全地工作提供了坚实的基础。在硬件的基础上,本文采用了PI法调节速度及电流矢量,采用弱磁控制方法控制转子励磁电流,并最后采用电压空间矢量法生成SVPWM信号,该信号控制IPM产生交变的电压序列从而驱动电机。仿真表明本文研究的矢量控制算法是成功的,利用高性能的电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407A的强大运算能力和快速实时处理能力,可使控制器中复杂的控制算法更加容易编程实现,完全可以实现同步电动机高性能控制,该矢量控制调速系统的研制为今后开发更高性能的交流调速系统奠定了较好的基础。最后本文通过试验验证了本控制系统在硬件及软件上的正确性,能够实现精确的速度控制并有效的提高电机转速,为进一步的研究打下坚实的基础。
于吉坤[6]2011年在《宽弱磁调速范围永磁同步主轴电机的研究》文中认为永磁同步电机具有高效率、低转矩脉动、高动态性能和高能量密度等特点,现已获得广泛研究和应用。但永磁同步电机永磁体的磁导率接近空气,弱磁升速困难,永磁同步电机是在定子绕组中通入很大的直轴电流,达到弱磁升速的目的,这种方法会增加定子损耗,降低驱动系统效率,并可能导致不可逆退磁。本文的研究工作围绕提升永磁同步电机弱磁扩速能力展开,并进行以下几个方面的研究。首先,从弱磁扩速原理着手,建立永磁同步电机等效矢量磁路,推导其弱磁困难的根源。提出分流齿定子电磁结构,通过该结构电机等效矢量磁路分析其弱磁扩速能力和转矩输出,研究该结构电机的设计方法。其次,借助于FLUX建立永磁同步电机的有限元仿真模型,通过有限元分析,将分流齿永磁同步电机与普通永磁同步电弱磁进行比较,总结分流齿对电机性能的影响规律,为电机优化设计提供理论依据。另外,对电机参数如永磁磁链、直交轴电感进行准确计算,来验证等效矢量磁路分析。再次,研究永磁同步电机弱磁扩速对电机性能的影响,推导电机功率因数与弱磁扩速的关系,给出提高电机低速功率因数的有效方法,而后分析弱磁对电机转矩波动的影响,提供减小转矩波动的优化措施。最后,在前面分析的基础上,研制了一台分流齿结构永磁同步电机的样机,并对样机进行实验研究,测试样机的弱磁扩速性能,并将实验结果和有限元计算结果进行对比,验证样机设计的合理性。
闫佳宁[7]2016年在《车削用电主轴永磁同步电机电磁与热特性的研究》文中研究指明电主轴是将机床主轴与主轴电机融为一体的高新技术产品,具有结构紧凑、重量轻、惯量小、动态特性好等优点,广泛应用于高档数控机床。随着永磁电机性能的不断增强以及在控制精度和调速范围中优越性的突显,永磁电机被越来越多的应用到加工中心的电主轴中。电主轴的轴头对温度变化非常敏感,温升过高会影响刀具的加工精度,严重时甚至引起电机部件变形、破坏电机绝缘材料,故而电主轴温度场的准确计算与分析具有重要意义。本文即是对应用于车削数控机床的电主轴电机展开研究。首先,根据要求的安装尺寸和性能技术指标,参考SIEMENS 1FE1系列永磁同步电主轴电机进行车削电主轴电机电磁方案的设计,确定电机的电磁负荷、各部分主要尺寸等关键参数,并采用有限元法进行电磁场数值计算,得到电机的磁场分布、空载反电势、负载转矩等,验证所设计电机电磁设计的合理性。其次,对电机弱磁运行时的磁路特性进行分析,得到交直轴电感,并对所设计电机能够达到的最高转速进行校核计算。此外,对电机所产生的的铁耗、铜耗、机械损耗、杂散损耗进行研究。重点比较电机定、转子铁心损耗以及永磁体涡流损耗在额定与弱磁时的情况。最后,对电机三维模型合理等效,计算各部位等效传热系数、生热率,并考虑装配间隙后,采用有限体积法计算电机的稳态温度分布。比较不同冷却水流速、不同槽绝缘材料下电机的最高温升。针对端部为温升最高点提出采用导热性能好的环氧树脂封装的方法降低绕组温升。本文对于同类型的电主轴永磁同步电机的设计和优化具有一定的参考价值。
杜鹏程[8]2012年在《永磁同步电机弱磁调速技术研究》文中研究指明目前以永磁同步电机（PMSM）为核心部件的交流电主轴广泛应用于高端加工制造装备。因此拓宽电机的调速范围对于提高电主轴的加工精度，减少加工时间，提升效率有着重要的意义。而弱磁调速技术由于能够拓宽电机的调速范围，受到越来越广泛的关注。因此选择合适的电机及其驱动系统来实现弱磁控制具有重要的理论意义和实用价值。本文的研究工作以具有良好弱磁性能的定子分流齿结构的永磁同步电机为基础，对弱磁调速矢量控制相关技术展开研究，主要研究内容有以下几个方面：首先通过磁路模型从本体结构方面就电机弱磁性能的影响因素进行研究分析，采用场路结合的分析方法分析了采用定子分流齿结构对电机弱磁性能的改进，然后提出了定子分流齿结构PMSM在功率不变条件下的数学模型。其次，推导了定子分流齿结构的PMSM在弱磁控制下的电磁约束条件，详细划分了弱磁区域，对考虑定子电阻的电压约束条件进行改进研究，结合定子分流齿PMSM电机结构特点分析设计全速范围内弱磁调速控制策略，并且通过Simulink对控制策略进行验证。再次，在弱磁控制算法研究的基础上，对PMSM驱动系统展开研究，给出了电流环参数的计算依据，提出了基于七段法的空间电压矢量调制方法，抑制了电机定子电流谐波，并提出了电压矢量时间标幺值化的概念，提高了算法运行效率。最后，在前面理论分析的基础上，搭建PMSM弱磁调速系统硬件平台，并对弱磁控制技术的核心算法展开相关实验验证，证明了所提出算法的正确性和有效性。
王欢[9]2016年在《电动汽车用永磁同步电动机设计及研究》文中研究说明全球能源问题和世界环境问题日益严峻,发展新能源势在必行,新能源汽车尤为重要。在电动汽车驱动电机中,永磁同步电动机受到广泛的青睐,其优点很多,如高效率、体积小、低损耗、高功率密度等。永磁电动机作为电动汽车驱动系统的核心部件,其性能的优良直接影响了整辆车的运行性能。因此,精心设计电动机的性能,制造出性能优良的永磁同步电动机具有重要的现实意义和应用价值。本文比较详细地探讨了电动汽车用永磁同步电动机的设计方案,其中包括永磁电机的设计方法、性能分析、有限元仿真、参数优化等。首先,本文描述了课题的背景与研究意义,综合描述了车用驱动电动机在国内以及国外的研究发展状态,列出了车用永磁同步电动机的一些研究性关键技术研究和发展现状,同时也介绍了实现宽范围调速的弱磁性能及实现弱磁的一些方法的研究现状。接着,根据前章节的叙述,设计一台30kW的电动汽车用永磁同步电动机。通过对电机主要尺寸、气隙长度、极槽配合等参数的对比分析作出选择,设计出一台符合设计要求的宽调速范围的永磁电动机。然后,本文结合电动汽车的结构特点的要求,得出了本文弱磁研究的理论和分析观点依据,分析永磁电机实现弱磁的方法,找出电机中影响弱磁的参数,从三个方面入手总结归纳。从永磁铁的简介开始,分析永磁体的厚度和宽度对电机的弱磁的影响。接下来分析气隙长度对电动汽车用永磁同步电机弱磁性能的影响,最后分析极弧系数对电机弱磁性能的影响。总结分析影响永磁电机弱磁性能的参数,得出最优弱磁方法。最后,对转子磁路结构进行对比分析。通过分析三种转子,对比其气隙磁密、齿槽转矩等参数,得出适合电动汽车的磁路结构。从电机转子两个方面进行优化分析,首先讨论永磁同步电机的转子中永磁体分段对电机性能和电机弱磁能力的影响,对比分段前后电机各项参数及性能指标,总结永磁体分段对电机的影响;随后对电机永磁体之间的夹角进行调整,对比不同夹角的电机的各项性能参数,得出有利于弱磁的永磁体夹角。
范晓坤[10]2016年在《永磁同步电动机变频控制系统硬件设计及弱磁调速》文中进行了进一步梳理永磁同步电动机转子上没有励磁绕组,使用永磁体产生电机旋转所需的磁场,和感应电机相比有体积更小,质量更轻;功率因数、效率更高;可靠性更高等特点,永磁同步电动机是国家“十二五”期间广泛推广使用的新型节能电机,其广泛适用于宇航、军事、船舶电力推进、风机水泵、电梯、空调、直驱式风力发电系统以及新能源汽车等领域,且多数永磁同步电机伺服控制系统需要变频调速,由于该种电机电磁参数非线性,变频器供电时转矩脉动大,开环运行平稳度差、噪声大。在某些特殊应用场合,如电力推动,主轴传动机构和电动汽车中,需要较宽的转速范围,电机的运行状态从恒转矩区域向恒功率区域延伸,这可以通过弱磁方法实现。本文针对永磁同步电动机变频控制系统的硬件部分及弱磁控制策略展开研究,具体研究内容如下:1、在实验室原有2.2kW永磁同步电机变频控制系统硬件电路的基础上,设计了一台功率为30kW的永磁同步电机变频控制系统。重点完成了主回路设计、器件选型、IGBT驱动电路设计等内容,其中为了减小线路间的杂散电感,主回路采用叠层母排设计。驱动电路采用CONCEPT公司的2SC0108T作为驱动核。控制电路部分在原有的基础上进行了重新设计。目前该变频控制系统已经集成组装完成,并且在2.2k W小功率异步电动机上对系统的性能进行了实验验证,实验结果表明能够控制电机的运行。2、深入研究了永磁同步电动机的矢量控制原理,在MATLAB下搭建双闭环仿真模型,并对电机起动、调速、负载突变、过载能力等性能进行了仿真。仿真结果表明电机的各项性能与理论分析相符合,为后续研究打下了坚实的基础。3、在分析永磁同步电动机的弱磁控制原理的基础上,选用梯度下降法进行弱磁调速,对该方法进行了深入的研究。4、针对内置式永磁同步电动机弱磁调速(在额定转速以上运行)时,受到直流母线电压的限制,电机的带载能力会有所下降的问题,本文将最小幅度误差过调制方法引入永磁同步电动机的弱磁运行区域,以提高直流母线电压利用率,进而提高弱磁区域的带载能力。将该方法与梯度下降法结合,在MATALB中搭建了仿真模型,仿真结果表明最小幅度误差过调制可以有效提高电机弱磁调速时的输出转矩。5、利用2.2kW永磁同步电动机变频控制系统的硬件及软件平台,对原有程序进行改进,改善了电机在基速以下的性能。实验表明在基速(1500r/min)以下,电机具有良好的空载和负载特性。
参考文献：
[1]. 主轴永磁同步电机电磁结构及“弱磁”问题的研究[D]. 尹华杰. 华中理工大学. 1994
[2]. 主轴永磁同步电机的设计与优化[D]. 董轶. 沈阳工业大学. 2012
[3]. 主轴永磁同步电动机及其传动系统设计研究[D]. 郭振宏. 沈阳工业大学. 1999
[4]. 电动车用永磁电动机设计及弱磁控制[D]. 张岳. 浙江大学. 2014
[5]. 基于DSP的永磁同步主轴电机控制系统设计[D]. 潘继文. 哈尔滨工业大学. 2007
[6]. 宽弱磁调速范围永磁同步主轴电机的研究[D]. 于吉坤. 哈尔滨工业大学. 2011
[7]. 车削用电主轴永磁同步电机电磁与热特性的研究[D]. 闫佳宁. 沈阳工业大学. 2016
[8]. 永磁同步电机弱磁调速技术研究[D]. 杜鹏程. 哈尔滨工业大学. 2012
[9]. 电动汽车用永磁同步电动机设计及研究[D]. 王欢. 沈阳工业大学. 2016
[10]. 永磁同步电动机变频控制系统硬件设计及弱磁调速[D]. 范晓坤. 太原理工大学. 2016
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