微特电机

基于非线性磁链观测器的内置式永磁同步电机无感控制

吴新兵 , 章　玮 , 冯帅伟

2024, 52 (12): 44-48.

摘要(377)

PDF(5052KB) (616)

非线性磁链方法以良好的低速性能和优异的起动带载能力,全程无需算法切换,在表贴式永磁电机无感控制上得到了广泛应用。为了解决非线性磁链观测器在内置式永磁同步电机( IPMSM) 的无感控制应用问题,根据非线性磁链观测原理和 IPMSM 状态方程,基于有效磁链的概念,设计了一种也适用内置式永磁同步电机的非线性磁链算法。仿真及实验结果表明,提出的内置式永磁电机非线性磁链方法参数调试简单,电机动态响应快,估算转速波动和角度跟踪误差小,参数变化的鲁棒性强,具有较高的工程实用价值。

基于 ANSYS 的无刷直流空心杯电机电磁设计与分析

王帅帅, 曾晓松, 梅　骁, 王晨宇

2025, 53 (2): 37-40.

摘要(170)

PDF(4214KB) (329)

给出了无刷直流空心杯电机的设计方法,包括电机的主要尺寸确定、电枢绕组设计、铁心和磁钢的选择,运用 ANSYS 建立三维模型,对电机的电磁性能和温升进行分析。制作样机,将实测值与仿真值进行对比,结果表明,该电机设计方法的准确度为 90%以上。分析了电机的转矩和转速的关系,电机能够在一定转矩范围内高效率运行,证明了该设计方法的有效性,为无刷直流空心杯电机的设计提供了参考。

一种轴流式磁悬浮心脏血泵驱动电机优化设计

张　健, 王靖萱, 付己峰, 康文欣, 张佳慧

2025, 53 (1): 25-29.

摘要(143)

PDF(4622KB) (245)

为提高人工心脏泵的工作性能和稳定性,以一种轴流式磁悬浮人工心脏泵作为研究对象,设计优化了一种适用于心脏泵的永磁无刷直流电机。采用有限元仿真软件验证了该电机的性能符合设计要求,并通过对比分析的方法对其齿槽转矩和起动特性进行了研究。仿真结果表明:该心脏泵驱动电机对比传统驱动电机齿槽转矩减小了约 11. 7%,并且电机具有良好的起动特性,有效提高了心脏泵的工作性能和稳定性,为轴流式磁悬浮人工心脏泵驱动电机的研制提供一定的指导作用。

新型侧挂式磁悬浮系统的稳定性分析

褚褚, 陈鹏荣

2025, 53 (1): 1-9.

摘要(135)

PDF(12968KB) (107)

为了突破磁悬浮地球仪的传统结构,提出了一种新型的侧挂式磁悬浮系统。介绍了系统的基本结构并进行结构选型。从系统磁力分布的角度,对系统的稳定悬浮原理进行分析。建立了系统的数学模型,为了验证系统的静动态性能,对其进行阶跃位移与阶跃干扰下的控制仿真。搭建侧挂式磁悬浮系统的实验样机,对其进行稳定悬浮性能实验与位移跟踪性能实验。实验结果表明,系统存在轻微的振荡现象,但能够长时间稳定悬浮。当系统受到垂直向下 0. 5 N 的干扰力时, 在 0. 54 s 的短暂调节后, 系统仍能够保持稳定悬浮的状态, 稳态位移误差不超过0. 273 6 mm;在垂直方向上施加 0. 5 mm 的阶跃位移,系统能够稳定地跟随参考位移信号,响应时间为 0. 73 s,跟踪位移误差不超过 0. 432 1 mm。

基于自适应滑模观测器的 PMSM 无传感器控制

李瑞熙 , 周士贵, 柴方博 , 罗晓东 , 张可程

2025, 53 (3): 66-72.

摘要(131)

PDF(4105KB) (361)

针对永磁同步电机( PMSM) 无传感器控制,提出了一种改进自适应超螺旋滑模观测器。为了改善滑模抖振现象,设计了分段平方根切换函数取代符号函数;设计了自适应方案来动态调节滑模系数,可同时兼顾观测器的收敛速度和抖振程度。设计自适应反电动势估计器,用于消除反电动势噪声,提高辨识精度。设计龙伯格观测器来解算转子速度和位置,有效减小了辨识位置的相位延迟和误差。通过不同转速下的对比实验,验证了所提自适应超螺旋滑模无传感器控制策略在位置和速度辨识精度以及动态性能方面都更具优越性。

高速超导磁浮列车悬浮系统电磁力解析模型与结构优化研究

王　伟, 卢琴芬

2025, 53 (4): 1-9.

摘要(127)

PDF(1154KB) (113)

高速超导悬浮列车采用电动悬浮方式,悬浮高度高,无需悬浮控制,在高速与超高速领域具有优势。基
于日本山梨线磁浮列车结构,采用动态电路理论建立了转向架单侧超导线圈的三维电磁力参数化解析模型,计算结
果与山梨线测试值的对比误差小于 10%。基于该解析模型分析了悬浮线圈长度和高度对三维电磁力平均值与波动
值的影响规律,结果表明,随着悬浮线圈长度增加,感应电流和电磁力平均值及波动性都增大;随着高度增加,悬浮
力和导向力都先增大后减小。针对运行时速提升的需求,对悬浮线圈进行了结构优化。

改进星鸦优化算法的无刷直流电机控制研究

王　博, 李昕涛, 王　珂, 石　磊, 常　达

2025, 53 (1): 53-59.

摘要(125)

PDF(3699KB) (385)

针对无刷直流电机双闭环控制系统存在响应速度慢、控制精度低等问题,标准的星鸦优化算法( NOA)收敛速度较慢,研究一种改进星鸦优化算法( INOA) 优化 PID 控制器参数整定策略。利用佳点集初始化种群,丰富星鸦种群多样性;加入随机惯性权重,用于平衡 INOA 的探索与开发;运用透镜成像反向学习策略对最优解进行贪婪学习,扩充最优解区间。选取 4 组基准测试函数对 INOA 性能进行评估,进一步证明改进算法的有效性和可行性。在空载、突加转速和突加负载 3 种条件下进行仿真实验,仿真结果表明,相较于传统 PID 控制与模糊 PID 控制,采用改进星鸦优化算法的 PID 调速系统转速响应更快、控制精度更高。

基于改进滑模观测器的无刷直流电机控制研究

王　卓, 张新宇, 高良超, 南　盟

2025, 53 (1): 47-52.

摘要(119)

PDF(1054KB) (182)

为提高无刷直流电机控制的稳定性和可靠性,提出一种基于改进超螺旋滑模观测器的控制方法。采用双曲线函数作为超螺旋滑模观测器的开关函数,避免控制过程中的抖动;采用 PSO-GA 混合算法改进模糊控制,对超螺旋滑模观测器的输入误差和误差变换量进行在线整定,仿真结果表明,该方法控制下,无刷直流电机的换相信号和霍尔信号的相位误差约为 1×10^-6 s,转速估计误差约为 5 r/min。基于改进超螺旋滑模观测器的控制方法实现了无刷直流电机稳定、可靠的控制。

基于聚磁效应的防吸死混合悬浮电磁铁研究

酒芳恒, 刘国清, 李海涛, 罗洋浩, 朱亚妮

2025, 53 (2): 1-6.

摘要(115)

PDF(4213KB) (122)

针对传统电磁悬浮技术高能耗、易发热及出现吸死现象的问题, 提出了一种基于聚磁效应的单向控制防吸死混合悬浮电磁铁。研究对混合悬浮电磁铁的导向力和悬浮力进行了数学推导, 建立了所设计电磁铁的数学模型,并采用 Maxwell 有限元仿真对数学模型的正确性及所设计电磁铁结构的优越性进行了验证。仿真结果表明,该电磁铁结构能耗相比纯电磁降低 30 % , 同时实现电流单向控制和防吸死策略。该新型混合悬浮电磁铁在悬浮稳定性和安全性方面能够满足中低速磁浮列车的应用需求, 为磁浮技术的发展提供一种创新的解决方案。

永磁同步电机电磁振动噪声分析与优化

刘方韬, 张成新, 庞　悦

2024, 52 (12): 27-32.

摘要(114)

PDF(7996KB) (162)

永磁同步电机因其优良的性能成为电动汽车首选的动力源,但电机的高频电磁噪声会严重影响车内人员的驾乘体验。对一台 8 极 48 槽的 PMSM 进行电磁力分析、模态分析和振动噪声仿真,利用正交表与非参数回归拟合响应面相结合的方式,对电机径向电磁力谐波进行优化,优化后的电机表面振动速度降低了 37. 7%,峰值噪声降低了 8. 5%,达到减振降噪的目标。

电动汽车用永磁同步电机涡流损耗分析及优化

宋腾飞, 燕秀龙, 凌志豪

2025, 53 (3): 33-37.

摘要(112)

PDF(9723KB) (98)

以一台 230 kW 电动汽车用永磁同步电机为研究对象,建立了永磁体涡流计算理论模型和电机有限元计算模型,对永磁体在正弦及 SVPWM 供电下涡流损耗进行了计算,并对永磁体涡流损耗在整个电动汽车运行区间的损耗占比进行了分析。为了降低永磁体的涡流损耗,对径向、轴向两种永磁体分段方式进行了计算与对比。制作了相关样机并进行了实验测试,实测结果表明,分段永磁体结构相比于整段永磁体结构,电机综合路况效率提高了0. 3%,验证了分段永磁体可有效降低内置式永磁同步电机的涡流损耗。

航空飞行器用外转子近极槽永磁电机转矩性能优化设计

张鑫淼, 宋剑桥, 孟卓然, 钱　儿, 王洪武

2025, 53 (2): 26-31.

摘要(111)

PDF(11316KB) (63)

外转子近极槽永磁电机能在有限尺寸下输出更高的转矩,但较近的极槽间隙会在磁路中产生齿顶漏磁,导致电机转矩性能降低。研究了外转子近极槽电机转矩性能优化方法。从转子形状入手,分析磁钢极弧系数、充磁方向、正弦削极对漏磁和齿槽转矩的影响,推导出气隙磁密和反电势关于磁钢削弧长度与固定边缘厚度关系式。分析了极间填充形状对电机漏磁和转矩影响,计算不同填充厚度下的漏磁系数,通过改变缺口圆半径、永磁体分段以减少磁钢涡流损耗。优化后的电机齿槽转矩降低了 1. 1 N · m,气隙磁密 THD 减小了 11. 1%,输出相同转矩时永磁体涡流损耗减少了 10. 9 W,该成果为航空工程动力领域提供了借鉴与参考。

基于 LSTM 和增量式 PID 地铁车门控制系统研究

李　熙, 张　宇 , 徐金薇 , 刘广华

2025, 53 (3): 56-59.

摘要(108)

PDF(853KB) (210)

为提高地铁车门控制的可靠性和安全性,提出一种基于 LSTM 和增量式 PID 算法的地铁车门控制系统,采用多功能车辆总线搭建地铁车门中央控制系统,采用列车通信网络搭建门控单元,采用增量式 PID 算法对车门电机进行控制,采用基于长短期记忆神经网络进行车门防夹识别避障。结果表明,增量式 PID 算法对电机速度的控制精度为 98. 36%,高于传统的模糊控制;对比传统的纹波法、速度比较法、电流法,基于 LSTM 的车门防夹避障的防夹力最小;在 10 次开关门实验中,开关门的成功率最高,且开关门时间控制在 2. 2 ~ 2. 4 s 内,所用时间较短。该方法可满足地铁车门的控制要求,具有较高的安全性和可靠性。

高速永磁伺服电机表贴式磁钢绑扎强度分析

李建韬 , 谢　峰, 王　真

2024, 52 (12): 12-14.

摘要(103)

PDF(2141KB) (141)

表贴式永磁伺服电机磁钢固定通常采用粘接和金属护套的方式。粘接受工艺影响较大,在经历长期高温后,常出现粘接胶老化进而导致磁钢固定失败等故障,金属护套经常出现发热等问题。针对以上问题,采用纤维绑扎固定的方案,对伺服电机绑扎参数进行理论计算和有限元分析,研究结果对类似产品具有一定的参考意义。

同步磁阻电机转子结构拓扑优化及边界处理

庞　悦, 张成新, 刘方韬

2025, 53 (2): 45-48.

摘要(102)

PDF(5587KB) (95)

同步磁阻电机具有永磁材料消耗少、调速范围广、生产成本低等优势,在新能源汽车领域具有显著竞争力。采用归一化高斯网络对一台额定功率为 22 kW、转速为 3 000 r/ min 的同步磁阻电机转子进行拓扑优化,并提出一种基于高斯平滑的 B 样条改进算法,对优化后的边界进行平滑处理。研究结果表明,优化后的电机平均转矩增加1. 91 N · m、转矩脉动减小 3. 5%,电机性能得到改善。

基于自适应陷波器与 ESO 的磁悬浮转子振动抑制方法

王麒臻, 张俊梅, 徐向波

2025, 53 (2): 52-59.

摘要(102)

PDF(2673KB) (160)

为实现对磁悬浮系统转子不平衡扰动、传感器误差以及不确定扰动的抑制,设计了一种自抗扰控制与级联的自适应陷波器结合的复合控制方法。建立了磁悬浮转子的动力学模型,分析了系统受到扰动的来源与形式。设计了基于归一化最小均方算法的自适应陷波器与三阶线性扩展状态观测器相结合的控制策略。进行了仿真和实验验证,结果表明,在同频、倍频扰动与低频扰动的干扰下,与单独使用 PID 控制相比,设计的复合控制方法能使转子的位移跳动减小约 41. 4 %。

鼓风机用高速磁悬浮电机设计与结构分析

李鸿鑫, 王大朋

2025, 53 (2): 14-19.

摘要(101)

PDF(9086KB) (68)

根据某型号鼓风机的相关指标,设计了一台三段式实心转子结构的高速磁悬浮电机。确定了电机的转子结构,对电机进行了电磁设计和磁悬浮轴承参数设计,通过有限元分析验证了电磁方案的性能。对使用高温合金护套的转子进行了应力分析,考察其应力在不同转速和温升条件下的变化,并校核了转子的强度。通过模态仿真分析了转子结构的固有频率和临界转速,从而证明了电机设计的合理性。研究结果为高速磁悬浮电机的设计和应用提供了理论参考。

工业机械行业用内嵌式永磁同步电机优化设计

刘津成, 金阳洋, 林井福, 朱吉毅

2025, 53 (3): 14-18.

摘要(99)

PDF(4558KB) (133)

为获得稳定的输出转矩,设计了一台工业机械行业用的内嵌式永磁同步电机,使用田口法将槽深、磁钢厚度、叠厚、极弧角度和气隙长度作为优化因素,对电机输出电磁转矩、径向电磁力和转矩脉动这三个优化目标进行正交实验。采用有限元方法对比优化前后电机性能,结果表明,在保证输出转矩不变的前提下,径向电磁力和转矩脉动分别降低了 34. 1%和 11. 4%。

Halbach 磁体阵列无铁心直线同步电机的性能分析

姚艺华, 印　欣, 卢琴芬

2025, 53 (4): 10-14.

录用日期: 2025-04-28

摘要(98)

PDF(723KB) (203)

以 3 槽 4 极 Halbach 磁体阵列无铁心直线电机为研究对象,通过有限元建模与遗传算法优化相结合的
方法,深入分析了矩形磁体分段数、宽度及背铁材料对电机性能的影响。研究结果表明,背铁材料与磁体分段数是
决定磁体优化尺寸的关键因素,当背铁采用铁磁材料时,增加磁体分段数可有效提升电机电磁性能,提高平均推力、
降低推力波动并减小漏磁,但是会导致 U 形两排磁体间的吸引力和电机的机械强度增大,使得制造成本上升、经济
性降低。因此,实际应用中需要综合考虑性能与经济性的基础上选择优化设计方案。

基于多物理场的低温泵电机转子分析

张峰瑞, 胡　岩

2025, 53 (1): 30-34.

摘要(97)

PDF(5327KB) (160)

高速低温离心泵电机转子运行时沉浸在低温流体中,除了受到旋转带来的离心力作用,还承受低温流体带来的影响,常温电机的设计方法并没有考虑到低温流体的影响。为此建立了电机电磁模型,分析了电机转子在低温环境中的损耗,搭建了低温泵电机转子及外部流场的三维模型,基于多物理场进行热-流-固耦合分析,得到在低温浸液环境中电机腔内流体的温度分布以及转子应力分布。多物理场的耦合分析得到了气隙内的流体分布规律以及电机转子在低温环境中的受力与温度分布规律,对低温转子的设计具有参考意义。

基于粒子群优化随机森林的风电主轴承故障诊断

孟井煜枫, 杨禄铭, 饶晨晖, 施德华, 蔡海洋, 吴博阳

2025, 53 (2): 74-78.

摘要(96)

PDF(1432KB) (196)

提出了一种基于粒子群优化( PSO) 算法和随机森林( RF) 模型的新型故障诊断方法,用于风电主轴承的故障检测。通过结合 PSO 算法的特征选择能力和 RF 模型的高准确性和稳定性,优化了特征子集,显著提升了故障诊断的准确性与可靠性。实验结果表明,PSO-RF 模型在风电主轴承故障检测任务中的诊断准确率达到 92. 42%,F1值为 75. 38%,各项性能指标均优于未优化的 RF 模型、XGBoost 模型以及 K-近邻算法。 PSO-RF 模型在鲁棒性测试中展现了对异常值和噪声的高容忍度,以及良好的跨工况泛化能力,该方法不仅提高了模型的诊断能力,还为风电设备的维护和故障预警提供了新的技术手段,有助于提高风电场的运行效率和设备可靠性。

面向宽域效率提升的感应电机永磁再制造方法研究

李木恒, 刘光伟

2025, 53 (3): 1-5.

摘要(95)

PDF(5397KB) (200)

针对现有感应电机在宽速域范围内效率低的问题,提出一种提升宽域效率的永磁再制造方法。以功率2. 2 kW 的 Y 系列感应电机为研究对象,在利用感应电机定子的基础上,采用永磁再制造技术,为感应电机设计永磁转子。以基于负载特征的永磁再制造电机的综合效率为优化目标,通过建立宽域效率计算模型和响应面代理模型,构建优化目标与设计参数之间的响应关系,并利用遗传算法找到最优解。结果表明, 优化后的永磁再制造电机宽域效率显著提升,形成了一套面向宽域效率提升的感应电机永磁再制造方法研究体系。

容错式磁通切换永磁电机设计与分析

罗建华 , 张　颖

2025, 53 (2): 20-25.

摘要(95)

PDF(8539KB) (62)

容错式磁通切换永磁电机因容错性能强、转子结构简单、功率密度大等优势,在高可靠性领域被广泛应用。根据项目设计要求,提出了该电机的一般设计流程,详细推导了电机参数设计公式,通过有限元仿真对电机各参数进行优化。在最优尺寸下加工样机、搭建实验平台,验证了电磁设计的正确性。

步进电机保持力矩电磁参数设计与研究

罗　莉, 吴和远, 杨健康, 张稳桥,

2025, 53 (4): 22-27.

摘要(92)

PDF(770KB) (116)

为判定混合式步进电机各结构电磁参数设计对电机保持力矩的影响,分析了各影响因素及影响强度;
采用 Maxwell 3D 有限元法,在静态磁场下对电机进行建模仿真,得到电机在不同电磁参数下的保持力矩特性曲线;
比较仿真结果,得出各参数下电机性能最优解,选择最大影响因素并采用单一变量法进行实物验证,实验结果表明,
该研究所得规律对步进电机结构设计具有一定参考价值。

基于 AEKF 观测器的 PMSM 转动惯量与负载转矩在线辨识

李昌峰, 王长坤

2025, 53 (4): 43-48.

摘要(91)

PDF(768KB) (114)

针对扩展卡尔曼观测器( EKF) 对永磁同步电机的机械参数在线辨识过程中收敛速度与滤波效果相矛
盾的问题,通过分析系统噪声协方差矩阵 Q 对辨识效果的影响,设计了一种新型自适应控制器。根据上一时刻的估
计误差来检测当前工况是否发生较大变化,实时动态调整 Q 矩阵和系统状态转移矩阵的值,实现了 Q 矩阵和状态转
移矩阵自适应调整,从而快速适应当前工况,增加了系统动态响应速度和鲁棒性。仿真结果证明,与传统 EKF 观测
器相比,新型自适应 EKF 观测器能够保持良好的滤波效果,同时具有较快的收敛速度,转动惯量的辨识精度提升了
30%,负载转矩辨识的精度提高了 35%,收敛速度提升了 36%。

基于 VMD-CNN-BiTCN 滚动轴承故障诊断

徐志祥, 玄永伟, 王洪洋, 王壬杰

2025, 53 (2): 68-73.

摘要(91)

PDF(5965KB) (214)

针对滚动轴承故障诊断中,传统卷积神经网络( CNN) 特征提取感受野受限、无法有效提取数据时序特征的问题,提出了一种 CNN 结合双向时间卷积网络( BiTCN) 的模型,该模型能够扩展感受野并有效捕获数据的时序特征。将原始振动信号通过变分模态( VMD) 分解为 K 个本征模函数( IMF) ;将分解后的信号输入到 CNN 层中进行特征提取和信号压缩;将该信号送入 BiTCN 中,提取正反两个方向的时序特征,使用膨胀卷积最大化感受野;通过池化层和全连接层实现滚动轴承故障诊断。实验结果显示,该模型在特征提取能力和时序特征感知具有显著优势,能够在多个数据集中表现出良好的故障诊断性能和泛化能力。

电梯曳引机轴承故障多分量多尺度诊断技术

刘　畅, 许　林

2025, 53 (4): 61-65.

摘要(89)

PDF(658KB) (66)

研究电梯曳引机轴承故障多分量多尺度诊断技术,通过充分细化轴承振动信号,挖掘信号不同尺度层次上的特征,获取更加全面可靠的轴承故障诊断结果。采用基于局部均值分解( LMD) 的多分量分析技术,分解电梯
曳引机轴承振动信号,获取多个乘积函数( PF) 分量,经互相关系数完成 PF 分量筛选后,进行 PF 分量重构;采用基
于多尺度排列熵( MPE) 的多尺度分析方法,计算各个重构 PF 分量在不同尺度下的排列熵,将其作为电梯曳引机轴
承故障诊断的特征,组建特征向量,输入到孪生支持向量机构建的故障诊断模型中,获取电梯曳引机轴承故障诊断
结果。实验结果表明,该技术能够有效分解不同故障状态下的振动信号,获取 PF 分量并完成其筛选,可以精准诊断
不同电梯曳引机轴承的故障类型。

高速混合励磁同步发电机冷却系统分析

侯永强, 吴胜男

2024, 52 (12): 7-11.

摘要(89)

PDF(7860KB) (48)

混合励磁电机有两套绕组,结构复杂且热源集中,其冷却系统的合理设计对混合励磁电机具有非常重要的意义。根据 300 kW 高速混合励磁同步发电机的电磁设计参数,建立了机壳水冷的三维热仿真模型,分析了不同工况下电机温升情况。针对仅水冷电机温升过高,设计了加入轴向通风的混合冷却系统和机壳开孔径向通风混合冷却系统,对比和分析了不同空气流量下采用两种混合冷却系统时电机的温升和入风口压强。结果表明,机壳开口径向通风冷却结构能有效降低混合励磁电机温升和入风口压强,对此类结构的高速混合励磁电机冷却系统设计提供借鉴意义。

中低速磁悬浮列车端部电磁铁优化设计

赵　园, 何云风, 郝　宋, 方　亮, 冯修军

2024, 52 (12): 33-36.

摘要(89)

PDF(2611KB) (93)

为了改善端部涡流效应,长沙磁浮快线列车( 时速 160 km / h) 采用五磁极端部电磁铁结构,但在线路运行过程中,出现电流分配不均、悬浮控制不稳的问题。分析了端部电磁铁悬浮控制稳定性差的原因,提出了一种端部电磁铁优化方案,并通过列车线路运行数据验证了优化后电磁铁方案的合理性。

磁悬浮高速永磁发电机轴向磁轴承设计仿真及控制方法研究

温海平 , 姚利辉 , 郑少杰 , 马　岳 , 米振宝 , 苏凯哲

2024, 52 (12): 21-26.

摘要(89)

PDF(9278KB) (50)

对磁悬浮高速永磁发电机轴向磁轴承进行结构设计,建立数学模型求解轴向电磁力,建立二维轴对称仿真模型,对轴向磁轴承的轴向承载力、线圈压降以及损耗进行仿真分析,仿真结果与数学模型计算结果接近,证明了模型的正确性;建立了三维仿真模型,分析发现主轴径向偏移对轴系基本没有影响。以转子底部应力为控制目标,设计轴向磁轴承控制系统,并将该电磁轴承实际应用,其研究与工程价值得以验证。

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