Comparative Study of 2-phase Flux-Switching and Doubly-Salient Permanent Magnet Brushless Machines

本文进行的是一项比较研究，主要探讨了两种类型的永磁电机——二相磁通开关型永磁电机(FSPM)和双凸极永磁电机(DSPM)。文章的目的是比较这两种电机在拓扑结构、工作原理以及电磁性能等方面的差异。 磁通开关型永磁电机与双凸极永磁电机的不同之处在于它们的结构特点。磁通开关型永磁电机的特点在于其定子中的磁通开关，它能够在不通电的情况下保持磁场的稳定。而双凸极永磁电机通常采用一种内转子结构，其永磁体被表面贴装在转子上。在双凸极电机的设计中，转子上的永磁体需要通过不锈钢或非金属纤维的保持套来防止因离心力导致的损坏。 在工作原理上，这两种电机都依赖于磁力来驱动电机的运动。磁通开关型永磁电机的工作原理是通过定子磁通的变化来产生电磁力，进而驱动转子转动。而双凸极永磁电机则是通过改变电流的方向来产生交替的磁场，从而推动转子运动。 电磁性能是评估电机优劣的重要指标，包括磁场分布、磁链、反电动势、齿槽转矩、绕组电感、静态转矩以及端部效应等方面。文章利用有限元分析(FEA)对这两种电机的静态特性进行了推导。在双相模式下，这两种电机分别在无刷直流和无刷交流的条件下运行。文章还对电机的转矩分量和转矩纹波进行了建模分析，以此为基础比较了它们的转矩能力。研究还发现，转子偏转对静态特性波形的影响。 实验部分，作者采用了一台8/6极的DSPM电机原型进行实验，以验证理论分析的正确性。结果发现这两种电机之间最显著的差异在于磁链波形。在DSPM电机中，相磁链是单极性的，这降低了每单位面积的反电动势和转矩能力。而在FSPM电机中，相磁链是双极性的，因此它表现出更高的转矩密度。 此外，文章还讨论了永磁电机中的一些普遍问题。例如，大多数永磁电机采用内置式转子，永磁体通常被表面贴装在转子上。由于离心力的原因，这些永磁体需要通过不锈钢或非金属纤维制成的保持套进行保护。由于热散逸不良，转子温度的升高可能是一个问题，这可能导致永磁体的不可逆退磁，最终限制电机的功率密度。 关键词：无刷电机、双凸极、有限元分析、磁通切换、永磁体。 本文为具有双凸极定子拓扑结构的带磁体的无刷电机设计与控制提供了基础。通过深入的理论分析和实验验证，这篇文章为无刷电机的研究与开发人员提供了宝贵的参考信息。