基于减小永磁同步电机齿槽转矩的磁极参数优化

针对永磁电机存在齿槽转矩影响运行性能的问题,通过分析电机齿槽转矩解析表达式的磁极参数,利用有限元软件建立3相4极24槽表贴式永磁同步电机仿真模型,分析永磁体剩磁感应强度、极弧系数以及永磁体厚度的变化对电机齿槽转矩的影响规律,最佳的磁极参数可有效削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩,改善电机运行性能。     

极靴式永磁同步电机径向气隙磁密分析

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差,加工复杂结构的永磁钢导致电机成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装极靴的新型磁极结构。以标量磁位法为基础,建立了加装极靴后的空载径向气隙磁密解析模型,以一台18极54槽外转子永磁电机为例,通过有限元法验证了解析模型的正确性。此外,基于解析模型研究极靴结构参数对径向气隙磁密的影响规律,获得最优参数匹配。结果表明,加装极靴的永磁同步电机径向磁密幅值和波形正弦化程度明显提高。     

表贴式永磁同步电机新型偏心磁极优化设计

针对高功率密度的轮毂式永磁同步电机涡流损耗大的问题,设计了一种新型偏心磁极结构的表贴式永磁同步电机,该 电机磁极外圆弧偏心且内外圆弧具有不同的弧度。 采用解析法分析了新型偏心磁极结构对气隙磁通密度和涡流损耗的影响。 在有限元软件中对建立的 10 极 12 槽三维电机模型进行电磁及稳态温度场仿真分析。 结果表明,在电机采用新型偏心磁极结 构后,1 cm 3 的永磁体涡流损耗降低了 17. 20%,永磁体稳态温度降低了 3 ℃ ,改善了轮毂式永磁同步电机的运行性能。     

面包型偏心磁极永磁电机磁极优化设计

对于永磁同步电动机而言,正弦的气隙磁场,意味着更低的径向电磁力谐波和更低的转矩脉动。文章结合表贴式永磁电机径向气隙磁通密度函数和面包型永磁磁极结构特点,考虑定子开槽对电机有效气隙长度及永磁体相对磁导率对气隙磁场的影响,得到可以寻找平行充磁表贴式面包型偏心磁极最优偏心距和极弧系数的气隙磁场优化解析模型,并利用有限元软件验证了解析模型的准确性和有效性。这种解析模型,计算较子域法简单,也不需要对永磁体分段,来考虑永磁体上表面的偏心对气隙磁场的影响,但同时精度较高,对于面包型表贴式永磁电机的优化设计较大的指导意义。     

径向充磁表贴式正弦磁极电机转矩密度最大化研究

本文提出一种利用三次谐波削极,增加径向充磁表贴式正弦磁极永磁同步电机输出转矩而不增加转矩脉动的方法。根据永磁磁极形状可以将表贴式永磁电机分为弧形永磁磁极和面包形永磁磁极。对于所有极槽配合的径向充磁弧形永磁磁极永磁电机,注入最优三次谐波幅值为基波的1/6;但对于径向充磁面包形永磁磁极永磁电机,最优三次谐波幅值随极对数（P）、永磁体厚度和转子半径而变化,因此现有推导的最优三次谐波解析模型是不准确的,对于面包形永磁磁极永磁电机,此模型是无效的。本文推导了径向充磁面包形表贴式正弦磁极注入最优三次谐波幅值解析模型,可以在不提高转矩脉动的情况下最大程度的提高转矩。最后用有限元验证了模型的准确性。     

部分分段Halbach永磁同步电机优化设计

针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题,设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽.采用精确子域模型法,将求解域划分为永磁体、气隙、槽身和槽口四个区域,在二维极坐标下计算电机空载气隙磁通密度及齿槽转矩.建立10极12槽三维电机模型进行电磁仿真分析.结果表明,部分分段Halbach结构降低了永磁体涡流损耗、齿槽转矩及永磁体体积.同时,在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型,求得等效应力和总变形,确保部分分段结构永磁体的机械强度维持在允许范围内.     

表嵌式交替极永磁电机拓扑演化及气隙磁场调制效应研究

与传统表贴式永磁（SPM）电机相比,交替极永磁（CPM）电机部分磁极被转子铁心极替代,因此具有相对较高的永磁体利用率,且具有与SPM相媲美的转矩输出能力。该文对CPM电机拓扑演化规律进行分析,总结CPM电机不同永磁结构下的磁极特征。在此基础上,量化分析不同永磁结构下CPM电机气隙磁通密度调制谐波的转矩贡献,揭示不同永磁结构对CPM电机气隙磁场调制效应的影响规律。制作了一台CPM样机并进行了样机试验,验证了理论分析与仿真的可靠性。     

基于磁极参数的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究

齿槽转矩是永磁电机的重要问题之一,削弱齿槽转矩可以减少转矩脉动、降低电磁噪声、提高电机运行稳定性。基于磁极参数对表贴式永磁同步电机(SPMSM)的齿槽转矩进行了研究,基于能量法和傅里叶分解推导了不同永磁体模型下的齿槽转矩公式。研究发现,磁极参数的改变影响永磁体剩磁在气隙中分布和气隙相对磁导率的大小,进而改变齿槽转矩的大小。然后结合有限元方法对不同永磁体模型下的电机齿槽转矩进行了仿真分析,发现削极结构和组合磁极对齿槽转矩削弱明显,并通过有限元方法优化了这2种结构的磁极参数,最后分析对电机其他性能的影响。研究表明,合理地选择永磁体参数可以在确保电机性能的同时显著降低齿槽转矩。     

一种表贴式永磁电机磁极结构优化研究

针对常规表贴式永磁电机气隙磁密波形正弦度差,导致电机反电势中谐波含量高、电机谐波损耗大,以及复杂结构形状永磁体在生产、加工、装配过程中容易造成废品率高等问题,提出一种由导磁金属块和永磁体共同构成的表贴式磁极结构。用有限元方法计算常规结构以及不同程度不均匀气隙结构的气隙磁密波形,进而由傅里叶分解得到各次谐波和正弦畸变率。仿真结果标明该结构可以有效改善气隙磁密波形和电机空载反电势的正弦度。最后采用遗传算法对实现偏心结构的导磁金属块尺寸进行优化,得到了使气隙磁密波形畸变率最小的尺寸参数。有限元计算结果显示,优化设计后,气隙磁密波形畸变率和电机空载反电势谐波含量明显减小。     

基于ANSYS的高速表贴式永磁电机转子强度分析

对于表贴式转子结构的高速永磁同步电机,其转子在高速运行时会承受相当大的拉应力,为保证高速电机安全稳定运行,通常会在永磁体外加一层护套,并采用过盈配合对表贴式永磁体施加预压力,该护套采用不导磁合金材料,在有效保护永磁体的同时不影响电机的磁路。首先在理论层面对表贴式高速永磁电机转子进行强度分析,然后通过ANSYS Workbench对一台24kW、20000r/min的表贴式高速永磁电机转子进行有限元仿真,对比了不同静态过盈量、合金护套厚度、材料温度特性等因素对转子强度的影响,同时校核了该模型护套及永磁体的强度,并对高速永磁电机转子机械设计规律进行了总结。     

电动汽车用表贴式永磁游标电动机分析与设计

表贴式永磁游标电动机由于具有高转矩密度的特点,近年来受到越来越多的关注,已经成为新型电机领域研究最为热门的课题之一。然而,研究重点大多数集中于该电机在低速高转矩的应用领域,在高速领域的研究很少。分析并设计了一台应用于电动车的12槽20极的表贴式永磁游标电动机,并与内置式永磁电动机Prius-2004的性能进行了对比,包括反电势、齿槽转矩、转矩、弱磁能力、损耗、效率。研究表明,在产生相同的直流铜耗条件下,表贴式永磁游标电动机较内置式永磁同步电动机转矩密度提升12%。此外,虽然表贴式永磁游标电动机采用了表贴式永磁体结构,该电机却具有较高的弱磁能力。     

磁极优化降低表贴式永磁电机电磁振动噪声

磁极偏心距和极弧系数是表贴式永磁电机的重要设计参数,对电机电磁振动和噪声有重要影响,而现有研究主要停留在上述参数对径向电磁力波的影响,并未进一步研究如何通过上述参数削弱电机电磁振动和噪声。建立径向气隙磁密关于极弧系数和磁极偏心距的解析模型,推导出径向电磁力波解析表达式。编写电机电磁振动噪声计算程序,以一台4.2 k W表贴式永磁电机为例,计算出不同极弧系数及磁极偏心距下电机电磁振动噪声值。结果表明,随着磁极偏心距增大,电机振动噪声有减小的趋势,当极弧系数为0.9左右时,电机电磁振动噪声降到最小值。有限元仿真验证了该结论的正确性。     

表贴式多相永磁电机永磁体3次谐波削极分析

表贴式多相永磁电机的永磁体形状是影响永磁电机电磁性能的一个重要因素。以一台六相永磁同步电机为例,推导了将少量3次谐波注入正弦削极的永磁体时其厚度表达式,并对偏心削极和3次谐波削极的气隙磁场密度、空载反电动势和平均输出转矩进行了仿真分析。分析计算结果表明相对于偏心削极,谐波削极能有效提高永磁电机的输出转矩,可为多相永磁电机工程设计提供参考。     

一种表贴式永磁同步电机磁极形状优化方法

为了降低表贴式永磁同步电机气隙磁通密度波形畸变率,提出了一种准确、快速优化磁极形状的解析计算方法。推导并优化了磁极磁动势、极间磁动势和气隙磁导函数,建立了磁极偏心结构磁场解析计算模型。基于该解析模型计算分析了一台8极36槽表贴式永磁同步电机空载气隙磁通密度和线空载反电动势等电磁参数,并通过有限元法进行了仿真验证。结果显示,该解析计算与有限元计算结果相吻合,表明该方法具有一定的实际应用价值。在确定最小气隙长度前提下,通过对永磁体端部厚度的参数化设计,得到了理想的气隙磁密、线空载反电动势以及齿槽转矩性能参数。为表贴式永磁同步电机磁极形状优化设计提供了参考。     

一种减小永磁电机转子损耗的转子结构

单层分数槽集中绕组具有良好的物理隔离、热隔离和磁隔离能力,故其特别适用于表贴式永磁同步容错电机。针对单层分数槽集中绕组磁场的低次谐波幅值很高,从而引起高的永磁体涡流损耗和转子铁心损耗的缺点,提出了一种单层分数槽集中绕组表贴式永磁同步容错电机的转子模块化结构,分析了该种转子模块化结构减小转子损耗的原理,并以12槽5对极电机为例,通过仿真计算对比了所提结构与其它削弱电枢磁场次谐波技术对电机各项性能的影响。研究结果表明,采用该结构后可以降低电机转子损耗约36%,提高平均转矩5%～10%。     

不等宽永磁体削弱表面永磁电机齿槽转矩方法

与现有的改变永磁磁极极弧系数和不同极弧系数组合的齿槽转矩削弱方法不同,研究了一种新的改变极弧系数的方法削弱表面永磁电机的齿槽转矩。在该方法中,除一块磁极外,其它磁极的宽度都相同,利用解析法推导了在保证永磁体用量不变的情况下,改变极弧系数时齿槽转矩的表达式,给出了极弧系数的确定方法,并利用两台电机进行了有限元法分析。仿真结果表明:所给出的极弧系数确定方法可有效地削弱每极整数槽的表面式三相永磁同步电动机的齿槽转矩。     

转子结构对五相容错永磁同步电机性能的影响

以电动汽车用五相容错永磁同步电机(PMSM)为研究对象,以转矩波动为指标设计了一台表贴式(SPM)电机和一台V型内嵌式(VIPM)电机用以对比采用不同转子结构的五相容错PMSM的性能特点,两种电机采用等量永磁体和20槽/18极的极槽配合方案。应用有限元仿真对两台电机在额定运行状态下的平均转矩、转矩波动、损耗、温度以及噪声进行了分析对比,并对电机处于一相开路、一相短路和两相开路故障时的转矩下降幅度、转矩波动程度以及损耗情况进行对比。结果表明表贴式转子电机平均转矩更高、转矩波动更小,故障时转矩下降幅度和波动幅度也小于V型电机,但其损耗、温度和噪声都要高于V型电机。     

永磁体不对称放置削弱内置式永磁同步电动机齿槽转矩

针对内置切向式转子结构磁极偏移时,每极磁密的大小和分布都不相同的问题,基于解析法研究了偏移角度的确定方法.与表面式永磁电机不同,内置切向式结构在永磁体不对称时,每极极弧宽度会发生变化,影响每极磁密的大小和分布,两者都对齿槽转矩有影响,因此确定永磁体位置时须考虑两者的影响.基于内置式永磁同步电动机齿槽转矩解析表达式,分析每极磁密大小与分布对齿槽转矩的影响,研究磁极偏移角度的确定方法,并与表面式永磁电机磁极偏移角度进行了对比.采用有限元法计算不同偏移角度对齿槽转矩有影响的磁密谐波和齿槽转矩,有限元计算结果表明,由于考虑了磁极偏移对每极磁密的影响,磁极偏移能有效地削弱齿槽转矩.     

采用大小极结构的永磁电动机齿槽转矩削弱方法

提出了一种适合于表贴式永磁电动机的齿槽转矩削弱方法,转子磁极采用不对称的大小极结构,一个磁极的宽度和其他磁极不同,其余磁极完全相同,各相邻磁极之间的间隙相等,可以显著降低电机齿槽转矩,满足自动化、大批量生产的需要,有限元仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于三维时步有限元的永磁体涡流损耗分析

钕铁硼永磁材料具有较大的电导率,即使电机额定转速较低时,依然能在电机永磁体中产生较大的涡流损耗,影响电机性能,因此有必要对低速大转矩永磁同步电机永磁体涡流损耗进行研究。设计5台不同极槽配合的低速大转矩表贴式永磁同步电机,采用三维时步有限元法计算5台电机的永磁体涡流损耗。针对不同极槽配合电机气隙磁密分数次谐波含量对永磁体涡流损耗的影响进行分析。结果显示,分数次谐波含量越大永磁体涡流损耗越大。