基于复合算法的内置式永磁同步电机的优化设计

内置式永磁同步电机具有输出转矩大,过载能力强,功率密度高等优点,广泛的应用于电动汽车驱动领域。由于内置式永磁同步电机存在齿槽转矩和磁阻转矩,会造成转矩脉动较大,对电机造成不良影响。选择以48槽,8极内置式永磁同步电机为例,首先选择转子的关键结构参数作为优化参数,并以增大平均转矩,降低转矩脉动,减小齿槽转矩作为优化目标。通过田口算法从众多的结构参数中合理选出对优化目标影响较大的优化参数,再采用响应面拟合优化目标曲线,最后采用遗传算法对其优化,使用有限元仿真软件验证其有效性,实现电机的多目标优化。     

永磁同步电机转子结构优化设计

为降低内置式永磁同步电机输出转矩脉动,研究了一种采用折线形永磁体,转子铁心表面采用分段圆弧结构,并在圆弧连接点处开角形槽的转子优化设计方法。介绍了转子的拓扑结构,并对磁场及齿槽转矩进行了解析分析;利用Maxwell 2D软件分析了反电动势谐波与齿槽转矩分布情况;采用Taguchi法确定关键参数的最佳取值组合,并与传统"一"形结构电机性能进行对比。仿真结果表明,该优化设计方法能有效降低内置式永磁同步电机的输出转矩脉动。     

减小转矩波动的内置式永磁同步电机空气隔磁槽优化设计

内置式永磁同步电机转矩波动的存在影响电机系统的控制精度,因此如何减小电机转矩波动一直是研究热点。针对具有隔磁桥结构的内置式永磁同步电机,本文提出了一种减小内置式永磁电机转矩波动的空气隔磁槽优化设计方法,即以降低电机转矩波动为优化目标,以空气隔磁槽结构几何参数为优化变量,基于Taguchi法实现了内置式永磁同步电机低转矩波动设计。在此基础上,对优化前后电机空载和额定负载工况进行了有限元仿真对比分析。结果表明,所提出方法可以在保持额定输出转矩不变的前提下有效降低电机空载齿槽转矩和负载转矩波动,提高电机的性能。     

V型内置式永磁同步电机的齿槽转矩研究

永磁同步电机齿槽转矩的削弱是改善电机性能的重点之一。本文基于某款电动汽车驱动用48槽8极V型内置式永磁同步电机,根据齿槽转矩的数学模型,分别建立以永磁体夹角、永磁体长宽比、气隙长度为变量的参数化扫描模型。通过有限元仿真对空载齿槽转矩、额定输出转矩及转矩脉动进行了分析,并得出了以上三个变量对齿槽转矩的影响关系。为优化V型内置式永磁同步电机的振动噪音,削弱齿槽转矩提供了研究方向。     

田口法在永磁同步电机多目标优化设计的应用

针对某电动物流车用永磁同步电机的齿槽转矩和转矩脉动较大,以及电机效率与转矩密度较低这一问题,提出一种基于田口法的某物流车用永磁同步电机多目标优化设计方法。通过选取气隙长度δ、永磁体厚度hm、定子铁心内径Di1、定子齿宽bt2和槽口宽b02等5个参数作为优化因子,以电机最高效率、最小齿槽转矩、最大转矩密度三个参数为优化目标,采用田口法建立正交实验表进行性能指标优化,以得到最佳结构参数组合。正交实验与仿真结果表明,优化后的齿槽转矩减小70.4%,转矩脉动降低12.4%,电机最高效率及转矩密度分别增加了7.8%和17.5%,体现出所提方法的有效性,并通过试验证明仿真结果的真实性。     

不同转子辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

齿槽转矩是永磁电机设计研究的一个重要参数。在解析法的基础上,研究了永磁电机齿槽转矩的表达式,讨论了气隙磁密波形对齿槽转矩的影响。并以一台6极36槽内置式永磁同步电机为例,通过在转子直轴位置上开设不同形状、不同大小的辅助槽,利用有限元法分析了矩形、半圆形、弧形三种类型的辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响,总结了齿槽转矩随辅助槽形状和大小的变化规律。分析表明,转子弧形辅助槽与其它两种槽形相比较,其电机的气隙磁密波形畸变最小,齿槽转矩谐波含量最小,对齿槽转矩的削减效果最优。对转子弧形辅助槽尺寸的合理设计和优化可以有效抑制永磁电机齿槽转矩,进而提高永磁电机的控制精度。     

一种削弱内置式永磁电动机齿槽转矩的新方法

内置式永磁电机相比表面式永磁电机具有功率密度高、恒功率运行范围广等优点,但其永磁体置于转子内部,齿槽转矩比表面式永磁电机大。在分析齿槽转矩产生机理的基础上,提出转子齿开辅助槽来减小内置式永磁电机齿槽转矩的新方法。以12槽8极内置式永磁电机为研究对象,利用有限元软件ANSOFT分析开槽位置和开槽尺寸对齿槽转矩的影响。研究表明,槽口弧宽为5°、槽深为1.5 mm时,所研究的内置式永磁电机的齿槽转矩最小。     

基于Taguchi方法的表面-内置式永磁同步电机多目标优化设计

针对表面-内置式永磁同步电机强耦合、多变量以及非线性的特点,引入Taguchi方法对一种新型的表面-内置式永磁同步电机进行多目标优化设计。选取转矩脉动系数、齿槽转矩、反电势谐波畸变率以及单位质量永磁体产生的转矩作为优化目标,并通过有限元软件分别对电机额定状态及空载状态进行仿真分析,选取对优化目标影响较大的参数作为优化参数。首先,根据所选取的优化参数的个数以及各参数的水平数建立正交表,并对正交表中的各种情况进行有限元仿真;然后,分析仿真结果从而确定最优方案;最后,对电机最优方案进行有限元仿真,优化后电机仿真结果与优化前电机比较验证所提方法的有效性。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机。首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接着通过有限元仿真对比了优化前后电机性能的变化。仿真结果显示,优化后的平均转矩和平均悬浮力分别提高了15.7%和8.44%,转矩脉动和悬浮力脉动分别降低了0.65%和1.83%。最后,通过实验证明了优化后电机能够稳定运行并且相较于传统的有铁心电机运行稳定性更好。     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

表面-内置式永磁转子同步电机的永磁体优化

针对表面-内置式永磁转子同步电机的结构特点,采用有限元法对表面-内置式永磁转子同步电机的表面式永磁体进行优化。建立表面-内置式永磁转子同步电机不同充磁方式和结构的有限元模型,计算其瞬态磁场,研究额定负载下的气隙磁密分布。分析其不同充磁方式和结构对空载反电势正弦特性、齿槽转矩、转矩波动和功率因数的影响,求解出表面-内置式永磁转子同步电机最佳的充磁方式和结构。分析结果表明,优化后的表面-内置式永磁转子同步电机的性能得到有效改善。     

表面-内置式永磁同步电机优化与特性分析

针对表面式永磁同步电机弱磁调速范围小、功率密度低,内置式永磁同步电机转矩脉动大、漏磁凸出、机械强度差等缺陷,提出一种新型表面-内置式永磁同步电机。采用有限元法建立表面-内置式永磁同步电机仿真模型,计算表面-内置式永磁同步电机的电磁参数,建立电机的等效磁路模型。对内置永磁体体积和表面永磁体体积的比值、永磁体的形状进行优化设计,分析电机的转矩波动和力能指标与内外永磁体体积比值和永磁体形状的关系。分析有限元计算结果,验证了设计及优化的电机参数的合理性和此结构电机性能的优越性。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

对称转子辅助槽对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响

为减小内置式双层永磁体结构永磁同步电机齿槽转矩,研究了关于转子开辅助槽的方法。首先从理论上分析了齿槽转矩的产生机理,指出了转子开辅助槽降低齿槽转矩的可行性。然后运用有限元分析的方法,建立了8极48槽内置式V一型永磁同步电机仿真模型,并在转子表面关于永磁体中心线开设对称半圆形辅助槽,分析了辅助槽位置、半径,及单变量参数化顺序对齿槽转矩的影响。最后对比分析开槽前后电机的性能参数,结果表明,合理开设转子辅助槽可有效地降低齿槽转矩并保证电机其他性能基本不变。     

内置式永磁电机齿槽转矩的分析研究

内置式永磁电机因其高转矩及能量密度,在许多高性能装置中得到广泛应用.但永磁电机结构的特殊性,转子永磁体和定子齿槽之间相互作用产生的齿槽转矩会引起振动和噪声,同时齿槽转矩会降低速度和位置控制系统的低速时的性能.研究了一种内置式结构永磁电机的齿槽转矩,其转子磁极永磁体分段.根据分析可知,在相同的等级及尺寸条件下,永磁体分段的内置式永磁电机(SIPMM)比传统非分段内置式永磁电机(IPMM)的齿槽转矩低得多,然后利用有限元软件Maxwell 2D计算分析比较了SIPMM与IPMM的齿槽转矩.此外,还分析了两种不同转子结构的内置式永磁电机的齿槽转矩情况.     

基于拉丁超立方算法的永磁同步电机设计优化

为了设计出起动性能好,运行更加稳定的V形内置式永磁同步电机,通过改善空气隔磁槽结构的方法对空载反电势、气隙磁密、齿槽转矩、转矩脉动进行优化。将空气隔磁槽几何参数作为待优化变量,采用拉丁超立方抽样算法进行多目标优化,得到最优参数组合。优化后齿槽转矩下降了45%,转矩脉动下降了4.4%,电磁转矩提升了5.2%。优化结果理想,验证了该永磁同步电机优化方案的合理性。     

永磁同步电机转子磁极优化技术综述

永磁同步电机的电磁转矩、转矩波动、电磁振动与噪声等电机性能与气隙磁密波形密切相关。减小气隙磁密中的谐波含量能够有效地削弱齿槽转矩、抑制转矩脉动,减小电机振动,提升电机的整体性能。对表贴式和内置式永磁同步电机来说,可以分别通过优化永磁体形状和转子表面铁心形状(统称为转子磁极优化技术)来减小气隙磁密中的谐波含量。该文回顾并总结了近年来国内外学者在永磁同步电机转子磁极优化技术方面所进行的研究工作,将不同的转子磁极优化技术进行归类,比较其优缺点。最后探讨了转子磁极优化技术尚存在的一些问题和未来发展的主要方向。     

磁极偏移与转子凿孔开槽对永磁同步电机性能的影响

为降低永磁同步电机的齿槽转矩,采用磁极偏移的方式对电机进行优化分析。借助于Maxwell 2D有限元软件对磁极偏移进行参数化扫描分析,找出使齿槽转矩幅值最小的偏移角度。为了减小永磁电机的转动惯量,便于电机控制时提高动态响应能力,在转子上凿孔并开槽,研究了凿孔开槽后对电机空载气隙磁密、齿槽转矩和电磁转矩的影响。最后通过分析样机测试与有限元仿真结果,验证了该方法的有效性,为永磁同步电机转子结构优化设计提供了一定的工程参考价值。     

定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

内置式永磁电机的永磁体在转子内部,与表贴式永磁电机相比,其等效气隙小、齿槽转矩的影响大。在分析齿槽转矩产生机理的基础上,研究了定子齿开辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。以8极48槽内置V型永磁同步电机为研究对象,利用有限元方法分析了槽口宽度、深度和槽口中心线夹角对齿槽转矩的影响。研究表明,合理设计定子齿上的辅助槽可以有效地削弱内置V型永磁同步电机的齿槽转矩。     

对称V型异步启动永磁同步电机齿槽转矩优化

对称V型异步启动永磁同步电机具有较好的启动性能和低耗电量,但齿槽效应明显.为降低齿槽转矩,首先,基于能量法推导出电机齿槽转矩解析式,确定以永磁体宽度、极弧系数、定子槽口宽度、转子轴向长度和转子齿宽为优化参数组合;然后,提出一种参数分层与响应面法相结合的齿槽转矩优化方法,通过最大-最小蚁群系统算法对响应面模型求取最优解;最后,利用有限元法对模型进行仿真实验,对优化结果进行了分析对比.结果表明,采用最优参数解的电机,齿槽转矩降低了73.9％,转矩脉动降低了10.1％,气隙磁密基波幅值提高了0.03 T,电机效率提高了1.5％.