磁铁优化的无轴承同步磁阻电机设计

"这篇论文是关于优化无轴承同步磁阻电机（Bearingless Synchronous Reluctance Motors，BSynRMs）设计的研究，通过引入铁氧体磁铁的新颖转子结构来解决传统BSynRMs低扭矩密度和功率因数的问题。作者首先介绍了BSynRMs的基本结构和工作原理，并推导了扭矩和悬浮力的数学模型。其次，利用有限元分析方法对磁障层、转子肋宽和永磁体参数进行优化，以提高显著极比和d轴与q轴电感的差异。最后，对比优化后的电机与传统BSynRM在扭矩、悬浮力和功率因数方面的性能，结果显示优化电机在最佳角度下扭矩密度和功率因数分别提高了54.4%和56.3%，但平均悬浮力因磁饱和降低了约15.7%。优化电机的实验验证了其具有良好的悬浮和速度调节性能。" 本文是《应用超导技术》期刊2018年4月第28卷第3期的一篇文章，由丁海飞、朱黄秋和华一舟共同撰写。文章的核心内容围绕着如何改进无轴承同步磁阻电机的性能展开。传统BSynRMs的主要缺点是扭矩密度低和功率因数小，这限制了它们在实际应用中的效能。为此，研究者提出了一种新的设计方案，即在转子结构中加入铁氧体磁铁。 在理论分析部分，研究者详细阐述了BSynRMs的基础构造和运行原理，同时建立了扭矩和悬浮力的数学模型，这为后续的参数优化提供了理论依据。接下来，借助有限元分析工具，对电机的关键参数进行了精细化优化。具体来说，优化目标是增加磁障层的厚度、转子肋的宽度以及永磁体的配置，以增强磁路的不对称性，从而提升电机的磁极比和d、q轴电感的差异。 通过比较优化电机与传统BSynRM的性能，发现优化后的电机在最佳工况下扭矩密度提升了54.4%，功率因数提高了56.3%，这意味着电机在保持相同体积或重量的情况下，能提供更高的动力输出和能效转换。然而，这也带来了一个负面影响，即平均悬浮力减少了15.7%，这可能是由于磁饱和效应导致的。尽管如此，优化设计仍然确保了电机具有良好的悬浮稳定性和速度控制性能，这对无轴承电机的应用至关重要。 这项工作为无轴承同步磁阻电机的设计提供了新的思路，通过优化关键参数实现了扭矩密度和功率因数的显著提升，同时对悬浮力的影响也进行了深入探讨。这一研究成果对于推动BSynRMs在高效能驱动系统、航空航天以及精密机械设备等领域的应用具有重要的理论价值和实践意义。