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(382)

PDF(5052KB) (617)

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 Maxwell 的永磁直流空心杯电机三维仿真分析

马　超, 葛发华, 刘　勇, 曾晓松, 卓　亮, 孟繁懿

2024, 52 (5): 18-21.

摘要(173)

PDF(6273KB) (416)

以某型永磁直流伺服空心杯电机为例,利用 ANSYS Maxwell 软件建立三维有限元分析模型,对零件赋予材料属性及设置激励源,通过改进外电路设置及网格剖分方法,得到模型在稳态的磁场分布及瞬态的输出特性结果。对比 3 款电机的有限元与实测结果,结果表明,模拟数值与实测数值偏差均在 5%以内,验证该有限元分析方法具有较高的准确性,为该类型电机的正向设计及优化提供理论依据。

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) (330)

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。

电机控制器散热结构多目标优化

巫仟煌 , 江吉彬 , 郑金波 , 俞希伟 , 颜冰钧

2024, 52 (8): 20-25.

摘要(167)

PDF(6080KB) (271)

为研究电机控制器液冷板结构优化设计的问题,提高液冷板的散热效果,利用流体仿真软件 Fluent 建立热固流耦合模型,分析了液冷板内部流道的宽度、高度以及冷却液的流速对散热性能的影响。通过最大、最小拉丁采样试验设计方法获取参数组合,根据数值模拟结果建立了多项式响应面代理模型,并采用 NSGA-II 算法,以液冷板流道宽度、流道高度和冷却液流速作为设计变量,以 MOSFET 温度和液冷板压降作为目标函数进行多目标优化,通过 Fluent 软件仿真验证优化结果。结果表明,优化后的液冷板在散热方面的性能提升了 1. 3%,压降方面的性能提升了 6. 89%,提高了电机控制器液冷板的综合性能。

轴向磁通永磁电机冷却结构设计与温度场分析

金臻协 , 田艳丰 , 付长涛

2024, 52 (8): 8-13.

摘要(165)

PDF(12341KB) (40)

为解决轴向磁通永磁电机散热难题,通过降低永磁体涡流损耗并采用水冷方式来限制电机温升。以一台 25 kW、3 000 r / min 轴向磁通永磁电机为研究对象,分析永磁体分块对永磁体涡流的影响,确定永磁体分 5 段为综合最佳方案。设计两种水冷结构,分别是轴向内外螺旋水道和轴向内外 U 形水道。通过建立电机温度场分析模型,进行流固耦合的仿真计算,对比两种水冷结构的冷却效果,结果表明,U 形结构冷却效果优于螺旋结构。

14 极 12 槽定子模块化永磁电机的性能分析

白宏志, 刘婷

2024, 52 (1): 43-46.

摘要(164)

PDF(6739KB) (197)

永磁电机的定子模块化结构有利于大型电机的制造、运输、组装和维护,对于可模块化且极数多于槽数的电机,定子模块化结构还能提高电机的部分性能。利用有限元软件分析了定子模块化结构对 14 极 12 槽永磁电机性能的影响,结果表明,模块化结构对定子磁密、转矩和损耗等参数有影响,可利用合适的模块间隙宽度来提高电机负载转矩并降低转矩脉动。

涵道风扇电机强迫风冷散热结构设计与实验

俞　浪, 熊俊辉, 陈新民, 陆佳南, 徐　茂

2024, 52 (2): 7-13.

摘要(162)

PDF(5598KB) (814)

针对涵道风扇电机的轻量化高效散热需求,提出基于涵道风扇内部流场的强迫风冷散热方法,设计了肋片高度为 3 mm、6 mm、9 mm 和 12 mm 的四种风冷散热结构,应用工程估算和 CFD 方法对不同风速下散热效果进行对比分析,搭建实验平台开展地面试验验证。结果表明,在桨毂上增加散热肋片能够有效提高散热效率,壁面温升可降低至无肋片模型的 74%、55%、44%、35%;对于轴向风冷,肋片能显著强化散热,但是存在温度不均的问题。工程估算和 CFD 方法对电机的带肋表面风冷散热分析有较好的精度,可用于涵道风扇电机的温升预示,为涵道风扇推进系统的使用提供依据。根据分析结果提出了高功率密度电机强化散热的研究方向。

永磁同步电机电磁噪声抑制方法综述

刘方韬, 张成新, 庞悦

2024, 52 (3): 78-84.

摘要(154)

PDF(5945KB) (356)

对永磁同步电机电磁噪声产生的机理进行了简述,从避免共振现象、降低电磁力幅值和减小噪声传递效率 3 个方向归纳了国内外电机噪声抑制的优化策略。对永磁同步电机电磁噪声优化的未来趋势进行了探讨,为抑制永磁同步电机电磁噪声的研究提供部分参考。

基于改进双滑模的永磁同步电机无位置传感器控制策略

温　超, 邱　楠

2024, 52 (6): 43-48.

摘要(153)

PDF(4599KB) (240)

针对永磁同步电机速度环传统 PI 控制存在动态响应差、超调量大以及传统滑模观测器观测精度低、抖振严重等问题,设计一种基于改进双滑模算法的无位置传感器控制策略。提出一种新型变指数趋近律,在此基础上结合微分积分滑模理论和新型切换函数设计滑模速度控制器代替传统 PI 控制器。引入扩张状态观测器补偿控制器未知扰动,实现速度环抗扰动复合滑模控制。基于 Super-Twisting 算法设计高阶滑模观测器并使用正交锁相环提取速度和位置信息。仿真结果表明,所设计的改进双滑模控制策略能够有效地提高系统的动态控制性能,提升观测精度,同时具有更好的抗扰动能力。

双电机同步控制技术综述

鲍晓明 , 林　涛 , 郑晓翔 , 魏　军 , 李玮剑 , 高开元 , 孙志锋

2024, 52 (8): 68-73.

摘要(152)

PDF(782KB) (368)

双电机驱动系统在运动控制领域有着广泛的应用,研究双电机同步控制技术对提升系统性能至关重要。随着工业生产对电机同步控制精度的要求不断提高,研究者们针对传统的控制方案进行了许多改进,并结合智能算法提出了许多新的控制策略。综述了近几年学界对双电机同步控制技术的研究成果,涵盖了并行控制、主从控制、交叉耦合控制等控制结构,以及模糊控制、滑模控制、神经网络控制等控制算法,分析了引起同步误差的各项因素,总结了未来的研究方向。

基于数字孪生的永磁同步电机故障诊断技术研究

龙玉江 , 王杰峰 , 钱俊凤 , 赵文彬

2024, 52 (2): 74-78.

摘要(145)

PDF(4208KB) (311)

永磁同步电机长期运行后,会发生各种故障,例如退磁故障、匝间短路故障、轴承故障等,及时对电机故障进行诊断是一项重要工作。提出了一种基于数字孪生的永磁同步电机故障诊断方法,介绍了数字孪生技术的基本架构,根据永磁同步电机的物理实体参数,构建永磁同步电机数字孪生模型,并将其与故障诊断技术相结合,实现对永磁同步电机的匝间短路和退磁故障智能化诊断。

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。

基于压缩机用磁场调制电机的谐波影响分析

李宗洋, 徐　飞, 程云峰, 毛临书, 柴　凤

2024, 52 (11): 1-7.

摘要(142)

PDF(8077KB) (176)

磁场调制技术利用磁场谐波产生电磁转矩,同时也会对电机损耗、效率、噪声产生一定影响。分析了磁场调制技术对电机磁场谐波的影响,揭示了谐波对电机转矩特性的影响机理。分析并对比了实测电流下的径向电磁力,揭示了不同磁场谐波对主要径向电磁力的影响。提出了基于高阶磁导调制结构的噪声抑制技术,改善了磁场调制技术产生的主要径向电磁力,降低了压缩机电机的噪声,提高了磁场调制技术在压缩机电机中的应用价值,并通过实验验证了技术的有效性。

内置式永磁同步电机振动噪声抑制方法

李远卓, 吴胜男

2024, 52 (11): 25-29.

摘要(141)

PDF(7770KB) (75)

针对内置式 V 形永磁同步电机提出通过转子斜极和定子齿开辅助槽抑制电机振动噪声的方法。通过电磁场有限元仿真法计算额定功率 11 kW、额定转速 8 200 r / min 永磁同步电机径向电磁力的时间频率谐波和空间阶次谐波。通过有限元仿真方法和样机实验分别对电机的振动噪声进行计算,并将两者的声压级进行了对比,发现误差在合理的范围内。通过转子永磁体 V 形斜极和定子齿开辅助槽的方法抑制电机的振动噪声,可降低电机的 A计权声压级。

宇航用步进电机驱动线路发展及展望

祝晓丽, 张　猛, 熊宇聪, 梁骄雁, 刘　巍

2024, 52 (11): 66-69.

摘要(140)

PDF(2043KB) (205)

步进电机在各类空间指向和执行机构中获得广泛应用。介绍了步进电机基本原理和典型驱动控制电路,对空间步进电机驱动控制用电子元器件的发展、驱动线路的迭代和元器件国产化特征进行了介绍和总结。对步进电机驱动线路的发展进行了展望,为宇航步进电机驱动线路设计提供参考。

基于 DSP 的不连续脉宽调制统一化实现方法研究

李　燕 , 陈　彬 , 张统世 , 张良浩

2024, 52 (6): 38-42.

摘要(139)

PDF(3813KB) (194)

在高速永磁同步电机驱动场合,逆变器的开关损耗是影响电机系统驱动效率的主要因素之一,相比传统的七段式 SVPWM 调制,不连续脉宽调制( DPWM) 能极大地降低开关损耗,提高系统效率。现有研究的 DPWM 调制策略有 6 种,不同调制策略的降低开关损耗性能及输出谐波都各有差异,为实现系统综合性能最优,采用分段复合调制或目标优化调制。基于 DSP 应用平台,提出一种新的不连续脉宽调制的统一化实现方法,分析不同调制方法下零序电压中零矢量的分配系数与三相指令电压的关系,针对第二、第三类不连续脉宽调制下零矢量分配系数不是定值的问题,引入基准指令电压, 并根据基准指令电压中最大值与最小值之和的正负确定分配系数的值, 完成了SVPWM 及 6 种 DPWM 的统一化实现,不同的调制方法之间可快速切换,实现方法便捷可靠,仿真及实验结果验证了
该方法的有效性。

周向散热的非晶合金轴向磁通电机温度场研究

徐　航, 黄平林

2024, 52 (10): 1-5.

摘要(136)

PDF(8151KB) (70)

合适的冷却结构能够保证电机安全运行的同时,也能够简化电机设计。为有效控制无轭定子结构的轴向磁通电机的整体温升,提升其散热能力,基于非晶合金电机低损耗的特点,提出了一种在机壳上集成周向式散热叶片的外转子散热结构。通过流固耦合的方法,对该结构下的电机进行了温度场的分析,验证了该方案的可行性。对一台额定功率为 20 kW 的轴向磁通电机进行温升实验,实验结果证明了该散热结构的有效性。

高功率密度永磁同步电机多物理场设计与优化

郭昊天, 曹　鑫, 潘家龙, 郝振洋

2024, 52 (4): 16-21.

摘要(136)

PDF(9878KB) (159)

针对额定功率 50 kW、额定转速 2 050 r / min 的高效率高功率密度永磁同步电机进行多物理场优化设计,包括电磁场、温度场和应力场的设计与仿真分析。为进一步提高功率密度,选用发卡绕组替代传统的圆线绕组;为改善反电动势的正弦度,相较于传统的径向充磁,选用了多段式 Halbach 阵列充磁方式。本文给出了高功率密度电机的设计流程和电磁参数优化过程,通过多物理场仿真表明,本文所设计电机能够同时满足电磁指标和各项温升和应力指标。

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) (362)

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。

人形机器人双臂工作空间分析方法研究

刘一帆, 李　莉, 王点正, 张祥坤, 李昀佶

2024, 52 (10): 61-67.

摘要(127)

PDF(7564KB) (80)

采用几何分析法研究了人形机器人在物流搬运场景中,双臂基座设计参数对人形机器人双臂工作空间产生的影响。对人形机器人以及搬运目标物体进行建模,将搬运目标、双臂构型以及双臂安装基座进行量化分析,确定量化关系中的约束条件,包括机械臂的运动范围、干涉条件等。使用数学方法建立各个变量之间的数学关系式,分析搬运目标、机械臂构型以及双臂基座之间的关系,通过限定机械臂构型、搬运目标箱子尺寸范围,计算双臂基座参数,以获得人形机器人在物流搬运场景下搬运目标箱子的最优工作空间。在选定的搬运目标上进行搬运实验,验证优化后的双臂工作空间。实验结果表明,该方法能够针对工作场景分析出双臂协同运动的工作空间,并通过约束限定,计算出最优工作空间下的双臂底座设计参数,为人形机器人双臂协同运动空间最大化提供双臂底座设
计思路。

异步电机永磁悬浮轴承结构设计与动力学计算

葛研军, 龙, 于涵, 马雪祺, 董法强

2024, 52 (1): 1-5.

摘要(126)

PDF(2605KB) (304)

为保证异步电机转子在永磁悬浮状态下仅有微摩擦特性,必须保证永磁轴承具有稳定的高势能状态。采用一个机械调心滚子轴承限定其转子轴向位移。基于气隙磁导及等效磁荷法计算出转子所受不平衡磁拉力,并给出永磁轴承定转子气隙、转子偏移、永磁轴承环数划分、气隙位置与径向刚度之间的关系,对上述参数进行优化以获得永磁轴承的最佳径向刚度,使永磁轴承能有效平衡电机转子所受的不平衡磁拉力。通过对转子涡动轨迹及临界转速进行分析,验证了异步电机永磁轴承悬浮结构可实现微摩擦悬浮。

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) (387)

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。

微型高功率密度无刷电动机设计分析

王汉丰 , 朱志强 , 雷　展 , 李文俊

2024, 52 (10): 72-76.

摘要(118)

PDF(4983KB) (167)

针对微型高功率密度无刷电机,从极槽配合选择、提高仿真计算结果准确性方面对其进行分析,并设计一款产品进行加工生产及试验,验证了设计方法是合理有效的。

永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动抑制研究

陈彬 , 杨向宇, 史进飞, 肖勇 , 李霞 , 刘荣哲

2024, 52 (2): 26-31.

摘要(118)

PDF(8460KB) (89)

新能源车用永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动包含齿槽转矩、永磁转矩脉动及磁阻转矩脉动,各转矩脉动分量对电机转矩脉动均具有重要影响。分析了永磁辅助同步磁阻电机齿槽转矩、永磁转矩脉动及磁阻转矩脉动产生机理,以一台 48 槽 8 极新能源车用永磁辅助同步磁阻电机为研究对象,从转子结构入手优化电机转矩脉动;提出了优化永磁体张角、优化永磁体槽端部及开辅助槽来有效降低了转矩脉动。通过样机测试, 验证了优化设计效果。

一种高功率密度伺服电机在重载工业机器人中的应用

郑世保 , 陈　亮 , 王　真 , 姬　峰

2024, 52 (7): 25-30.

摘要(118)

PDF(8205KB) (117)

研究了一种重载工业机器人用高速高功率密度伺服电机,通过短铁心设计实现了额定速度提高近一倍、功率密度提高 14%,通过铁心低磁导梯度设计实现了更高的电感线性度,满足了重载机器人伺服电机的高速高电流可控性的要求。定子拼块和环氧灌封等工艺有效控制了损耗和散热,确保电机可以在高温条件下长期可靠运行。

高温高功率密度永磁伺服电机电磁热耦合设计

陆　英, 雷　展, 王汉丰, 杨素香

2024, 52 (9): 42-46.

摘要(117)

PDF(6304KB) (207)

介绍了一种适应高温、高功率密度永磁伺服电机热设计方法。通过国内外技术发展现状分析,结合高温环境应用,分析永磁交流伺服驱动电机在适应高温、高功率密度方面的电磁、热设计技术难点,通过提升永磁交流伺服电机电磁、热联合设计方法,提升高功率密度永磁伺服电机的高温适应性。

简化计算的改进 PMSM 模型预测电流控制算法

邓斌 , 张博, 艾雄雄 , 王杰 , 张立昌

2024, 52 (1): 58-62.

摘要(117)

PDF(1905KB) (206)

针对传统永磁同步电机模型预测电流控制在 1 个控制周期内通过遍历寻优的方式确定 1 个最优电压矢量作用,使得 d、q 轴电流波动大及相电流畸变严重的问题,提出一种简化计算的改进模型预测电流控制算法。该算法将电压矢量平面划分为 12 个扇区,通过无差拍原理确定参考电压矢量位置角,得到 2 个备选电压矢量组合,通过一种基于价值函数最小化分析得到的简化方法求取矢量最优作用时间,利用改进方式对 2 个电压矢量组合进行快速择优并作用于电机。该算法在减少计算量的同时,保持了良好的控制性能,通过搭建仿真实验验证,有效减小了电流波动和相电流畸变。

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