直驱采油用永磁同步电机削弱齿槽转矩优化

提出削弱永磁同步电机齿槽转矩的优化设计方法.在永磁电机设计过程中影响齿槽转矩的参数有多个,但每个参数对齿槽转矩的影响程度不同,为了节约设计时间与成本,采用Plackett-Burman设计从多个设计参数中筛选出影响齿槽转矩的显著因子.应用响应面法(RSM)建立显著因子与齿槽转矩的二阶响应模型并判定拟合模型的有效性,采用有限元法(FEM)分析实验安排以确定回归系数.采用遗传算法(GA)寻优,找到使齿槽转矩最小的最佳解.根据优化结果进行有限元分析可知,与初始值相比,齿槽转矩显著降低,这在很大程度上提高了电机运行的稳定性,降低了运行过程中产生的噪声.通过样机试验证明了该优化设计方法的有效性.     

基于田口法的永磁同步电机转子优化设计

为降低永磁同步电机在高速运转过程中存在的振动和噪音问题,本文以转子磁钢的极弧系数、磁钢厚度和定转子之间气隙径向距离为优化参数,采用田口优化算法对永磁同步电机转子进行优化设计,建立正交实验矩阵,利用ANSYS Electronics Desktop电磁仿真软件进行有限元仿真实验,在保证效率不降低的前提下,优先选择齿槽转矩和转矩脉动最低的参数组合。仿真结果表明,优化后与优化前相比,齿槽转矩降低了27.5%,转矩脉动降低了17.2%,效率提高到96.959 4%。与传统全水平正交优化方法相比,该设计节约了优化实验的次数,减少了优化设计所需要的时间,提高了优化效率。说明田口优化算法在电机优化设计中具有可行性和实用性。该研究对实际电机设计具有理论指导意义。     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

非均匀气隙对切向永磁同步发电机性能影响

针对永磁同步发电机(PMSG)谐波含量和振动较大的问题,提出采用非均匀气隙削弱齿谐波和齿槽转矩的方法.分析了非均匀气隙永磁同步发电机的运行机理,讨论了不同偏心程度非均匀气隙情况下,永磁同步发电机的空载反电动势、输出功率、电机效率、波形畸变率等参数的变化规律.通过场路耦合法,以一台切向式永磁同步发电机为例进行了仿真,结果表明非均匀气隙能改善气隙磁场波形,电机波形畸变率THD由4.86%降到2.48%,齿槽转矩降低40%.     

低速永磁水轮发电机的优化设计及性能仿真

针对低速永磁同步发电机所特有的高转矩低电压的特点,利用电机设计软件对所研究的发电机的主要尺寸、永磁体尺寸、定子绕组、定子铁芯、定子槽型进行了优化设计,据此研制了一台10kW外转子低速永磁水轮发电机的样机,最后采用Ansoft Maxwell软件进行样机性能仿真和样机试验.仿真以及试验结果表明:具有斜槽定子铁芯以及分数槽集中绕组的低速永磁水轮发电机具有齿槽转矩低、效率高、输出电压谐波分量小以及波形正弦性畸变率低等一系列优点,完全满足设计要求.     

极宽调制式永磁电机削弱齿槽转矩分析与实验

由于齿槽转矩的存在会使电机产生转矩振荡和噪声,根据齿槽转矩的产生机理,对比现阶段抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制式永磁电机在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元电磁场分析软件Ansoft对传统表面式永磁电机和极宽调制式永磁电机进行模拟仿真,计算两种结构永磁电机的齿槽转矩,并设计构建一个由角度传感器、永磁电机、扭矩扳手等器件组成的齿槽转矩测试系统,并对两种不同结构样机的齿槽转矩进行实验.实验结果与Ansoft仿真结果具有一致性,证明了极宽调制式电机降低永磁电机齿槽转矩方法的正确性,极宽调制方法也是削弱齿槽转矩的有效方法.     

田口方法在永磁同步电机结构优化中的应用

针对永磁电机传统局部优化方法不能实现多目标优化的问题,提出了一种基于田口方法的优化方法。通过运用田口方法对分数槽集中绕组永磁同步电动机的气隙长度、极弧系数、永磁体厚度、定子齿宽和槽口宽度进行优化,使电机效率、齿槽转矩、单位质量永磁体产生转矩等性能最佳。利用田口正交实验建立正交矩阵,并结合统计学,分析各优化变量对优化目标的影响,最终得出多优化因子的最佳组合。利用有限元法对优化后的电机进行二维瞬态场分析,得到电机在负载条件下磁场分布以及相关特性。实验数据及相关分析表明,田口方法适用于分数槽集中绕组永磁同步电机的优化设计,并且能有效地抑制电机的齿槽转矩。     

内置式永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

为抑制永磁同步电机齿槽转矩,减少电机振动与噪声,提出一种定子齿顶开辅助槽与转子外圆偏心的结构来抑制齿槽转矩,提升电机的输出性能.首先建立了定子齿顶开槽前后与主气隙分布函数解析式,分析定子开槽与电机主磁场分布及齿槽转矩的关系,同时分析了转子外圆偏心后对齿槽转矩的影响.以内置3相8极48槽V型永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿顶辅助槽个数、槽宽、槽深、槽位置以及转子外圆偏心距等参数进行优化对比分析,获得最优的参数匹配.结果表明：定子齿顶双矩形对称开槽以及转子外圆偏心的方式能有效改善主气隙磁场分布,抑制电机齿槽转矩,优化后的电机气隙磁密5、11、15、17谐波幅值下降明显,电机齿槽转矩峰值降低了59.6％,反电势波形正弦性增强,平均转矩提升,电机输出性能明显改善.     

新型抽油机用盘式永磁电机的磁场与力特性

为了提高传统游梁式抽油机的效率并简化系统结构,提出了用盘式永磁电机直接替代原系统的三相感应电机及减速机构,新系统采用背靠背双盘式永磁电机直接驱动连杆.考虑盘式永磁电机磁场分布的特点,采用三维有限元方法分析了该电机一对极下气隙中的磁通密度,计算了空载电动势、转矩与轴向吸力,其中电机转矩和空载电动势与样机实验值相吻合,证明了三维有限元分析的结果比传统设计方法更准确.研究表明,盘式永磁电机驱动的新型抽油机结构简单,效率高,并能够在低速时提供大转矩,有利于抽油机的起动.     

机器人用外转子直驱永磁电机设计与 性能分析

直驱永磁电机以其转矩大、波动小、效率高和结构紧凑等优越性能,取代了传统伺服电机和减速器联合使用的驱动模式,成为机器人驱动系统的核心部件之一。根据工业机器人的运行工况和实际要求,设计了一台直驱高速并联机器人的27槽24极外转子永磁电机,分析该电机主要结构参数的选取,建立该电机的二维有限元仿真模型。在空载状态下,计算气隙磁密分布,分析空载反电势及其谐波含量和齿槽转矩;在额定转矩和最大转矩的工作状态下,对电磁转矩、效率、功率因数和力能指标等电机性能进行对比分析。仿真结果表明,该电机的性能指标误差均在6. 5%以内,验证了电机设计的合理性和实用性,可为电机参数的进一步优化设计提供依据,也可为机器人驱动系统的优化提供参考。     

基于RSM模型的面料硬挺度测算

基于响应面分析法(RSM)研究了服装面料物理性能与面料手感硬挺度之间的相关关系.利用川端风格仪测试了24决棉质面料的16项物理力学指标,并根据川端手感风格评价公式对面料性能进行计算.通过正交方差试验得到576组测试组值,又对面料进行响应面分析,建立了面料物理力学性能与手感硬挺度的RSM模型,这对面料的手感风格预测及其虚拟设计具有实际意义.     

响应面法及其在药学领域中的应用

响应面法(Response Surface Methodology,RSM)是利用合理的试验设计方案,采用多元二次回归方程拟合各因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析优化工艺参数,预测响应值的一种统计方法.本文简要介绍响应面法的几种常用设计方案和软件,并对其在药学领域中的应用进行综述.     

拼焊板成形过程控制参数优化设计

为解决拼焊板（TWB）成形数值模拟中的强非线性问题并消除计算噪声效应，提出了一种基于近似优化技术的最佳成形过程参数求解方法.采用响应面方法（RSM）构造每次优化迭代的目标和约束逼近曲面，逐次迭代收敛得到全局最优解.借助空间映射（SM）技术的代理模型求解响应面和相关优梯度，利用一个精细模型为下一优化迭代修正设计点.选取拉延筋成形阻力和压边力控制参数为设计变量，选取成形极限图（FLD）标准为约束条件，建立最小化焊缝偏移量为目标函数的优化模型.优化计算结果表明，该方法能有效求解拼焊板成形过程参数，使焊缝有害偏移量减少75%以上.     

响应面方法在跨声速翼型气动优化设计中的应用研究

基于响应面方法进行了跨声速翼型的气动优化设计研究。通过采用分次优化、逐步逼近的方法有效地解决了应用响应面方法进行多变量优化设计时拟合精度较低的问题。首先进行了翼型的反设计来验证该方法的可靠性,然后进行了跨声速翼型减阻优化设计。流场控制方程均采用N-S方程。响应面模型采用完全二阶多项式来构造,试验点的选取满足D优化准则。优化设计算例表明:进行分次优化所构造的模型精度满足设计要求,优化结果误差均小于1%;方法实用有效,减阻设计中阻力系数减少了19.34%。     

基于磁极偏移圆筒永磁直线电机齿槽力的削弱

为了削弱圆筒型永磁直线电机的齿槽力,在简要介绍圆筒型永磁直线电机齿槽力产生原理的基础上,基于Ansoft软件对圆筒型永磁直线电机的齿槽力进行了分析.以单个磁极和初级齿相互作用产生的齿槽力为基础,运用叠加原理得到整个电机的齿槽力解析表达式,进而提出采用磁极分组偏移来削弱电机齿槽力的方法,并给出了磁极偏移距离的表达式.通过有限元仿真验证了该方法的有效性,同时对磁极偏移后电机的反电势进行了分析,发现该方法对电机反电势的影响很小,所得结论可为直线电机的设计提供一定参考.     

结构形状优化响应面方法的改进与应用

为了克服了二维连续体形状优化过程中解析敏度求解困难的问题,利用响应面方法将目标函数和约束函数近似显式化,并建立了位移应力约束下的形状优化序列二次规划模型;为了克服响应面方法不够准确的缺点,将响应面方法进行改造,使其在设计点上取精确值;提出了改良的试验设计方法,达到了以较少的结构分析代价构造约束响应面的目的;通过建立二次评价函数,确定了具有自适应能力的运动极限,形成了具有较少计算量和较高逼近精度的优化策略.算例说明这种策略是有效而稳定的.     

响应面分析法优化蛭弧菌生长条件

为了优化蛭弧菌的生长条件,在前期研究确定适于蛭弧菌BD1生长的最佳pH、盐度、二价金属离子（ Ca2＋、Mg2＋）、谷氨酸钠的浓度范围的基础上,综合考虑4个因子对蛭弧菌BD1生长的影响,利用Design Expert 6．0软件进行响应面分析,优化菌体生长条件,得到该菌株生长模型,并在模型最优值时得到各因子的水平。结果表明：BD1的最优培养条件为盐度（ NaCl浓度）为2．9％,培养液pH值为7．4,Ca2＋、Mg2＋浓度为6．4 mmol,谷氨酸钠浓度为4．2 mmol。菌体生长过程中,盐度和二价金属离子,谷氨酸钠和二价金属离子,谷氨酸钠与盐度交互作用不显著,pH与盐度,pH与谷氨酸钠,pH与二价金属离子交互作用显著。菌体生长模型达到显著水平,可以对BD1在不同条件下的生长情况进行分析和预测。     

飞航导弹基于响应面近似技术的并行子空间优化设计

分析了基于响应面近似模型的并行子空间方法CSSO／RSA的执行步骤和特点，并介绍了逐步逼近响应面近似模型的构建方法。给出了包含气动、弹道、发动机3个耦合学科的整体式冲压发动机飞航导弹的学科分析模型和系统优化模型，分别采用CSSO／RSA方法和单级多学科优化方法对飞航导弹进行优化设计。结果表明CSSO／RSA方法的性能要优于单级多学科优化方法。     

响应面方法及其在食品工业中的应用

响应面方法是利用合理的试验设计并通过对实验数据进行一定的处理,建立影响因素与响应值之间的函数关系,得到一个回归方程,通过对回归方程进行分析,选择最优工艺参数.这种方法已广泛应用于粮油食品、化学化工等方面的工艺配方设计及加工工艺条件的优化.本文就响应面方法的优点、试验设计的方法以及实验数据的处理进行了简单的阐述,对其应用的限制因素进行一一说明,并就具体应用列举了一个简单的实例.     

基于响应面与遗传算法的液力透平叶轮优化设计

建立了基于试验设计、响应面近似和遗传算法优化的液力透平叶轮优化设计方法。通过ANSYS CFX数值模拟得到其外特性,原始模型数值计算结果与试验结果外特性吻合较好。以设计工况下的水力效率和扬程为目标函数,利用响应面方法(RSM)分别得到设计参数与目标函数之间的显式表达式,采用NSGA-Ⅱ遗传算法得到最优叶轮参数组合。优化后水力模型效率提高3.2%。结果表明,响应面方法与NSGA-Ⅱ遗传算法相结合的优化方法适用于液力透平叶轮的优化设计。