轮边直驱永磁盘式电机转矩脉动分析与抑制

针对纯电动汽车轮边直驱永磁盘式电机的转矩脉动较大问题,为提高电机转矩输出的平稳性,对6k W、933 r/min额定转速的双定子单转子磁路结构的永磁盘式电机齿槽转矩与纹波转矩脉动进行了研究。通过对齿槽转矩与纹波转矩的理论推导,并建立了数学模型。利用三维有限元的分析方法,建立了永磁盘式电机三维仿真模型,以永磁体斜极角为变量,分析斜极角对齿槽转矩的削减情况,合理选择永磁体斜极角。对电机不同永磁体斜极角下的空载反电动势进行谐波分析,通过优化反电动势谐波的方法来抑制电机纹波转矩脉动。研究结果表明,采用永磁体斜极方式时双定子单转子永磁盘式电机的齿槽转矩抑制效果明显,齿槽转矩由5.4N.m降低到0.9N.m,纹波转矩脉动由10.9%降低到3.6%,转矩脉动优化显著。     

槽口宽度对分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩的影响

基于分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩产生的机理,运用能量法和傅里叶分解推导出分数槽集中绕组永磁电机的齿槽转矩解析式,确定气隙磁导平方的傅里叶分解系数与槽口宽度之间的相互关系,得到抑制齿槽转矩的槽口宽度计算方法。借助于Ansoft有限元软件,仿真分析不同极槽配合的永磁电机槽口宽度对齿槽转矩的影响。仿真结果表明,整数槽永磁电机的齿槽转矩随槽口宽度的增加而增加;分数槽集中绕组永磁电机选择合适的槽口宽度可显著抑制齿槽转矩,改善电机的转矩品质。采用有限元仿真与解析法两种计算方法,得到的齿槽转矩随槽口宽度变化的规律是相似的,验证了解析式的有效性,为精细化设计提供了依据。样机测试结果与有限元仿真值基本吻合,进一步验证了仿真方法的正确性。     

考虑定位力矩补偿的磁通切换永磁电机模型预测转矩控制方法

为了减小定位力矩对磁通切换永磁(FSPM)电机性能的影响,提出了一种考虑定位力矩补偿功能的模型预测转矩控制(MPTC)方法。通过有限元分析获得FSPM电机定位力矩主要谐波的数学表达式,根据补偿控制理论,构建能够抵消定位力矩的补偿转矩模型。基于MPTC原理,利用补偿转矩模型、预测转矩模型和预测磁链模型共同设计价值函数,以获得最优开关状态。所提控制方法不但能实现定位力矩补偿和转矩脉动抑制,还具有较好的动态性能,并且适用于一般的永磁同步电机。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

Halbach轴向永磁联轴器的分析与优化

为了提升Halbach轴向永磁联轴器永磁体利用率,采用转矩谐波分析与粒子群优化算法对Halbach轴向永磁联轴器进行分析与优化。建立Halbach轴向永磁联轴器的3D有限元模型,推导气隙磁密与转矩的傅里叶级数表达式。在有限元分析和计算的基础上,对气隙谐波次数和端部效应进行分析,发现特定的谐波分量可以有效产生稳定的转矩。为了定量比较和提升转矩性能,对Halbach阵列关键参数进行参数分析,对比多种基于粒子群算法的优化方法,采用数学模型与优化算法相结合的设计优化方法对Halbach轴向永磁联轴器进行优化。在转矩相同的约束下,优化后的Halbach轴向永磁联轴器转矩密度提升7.60%。通过有限元仿真结果验证了转矩谐波分析与粒子群优化方法的有效性。     

表贴式PMSM极弧系数对纹波转矩的影响

纹波转矩是各类永磁同步电动机关注的性能指标之一.纹波转矩是定子磁动势谐波与转子磁场谐波相互作用产生的谐波转矩,而引起转子磁场谐波的因素有很多,如极弧系数、槽口宽度、气隙长度等.以表贴式永磁同步电动机为例,在不同的极弧系数下,利用有限元软件分析如何削弱纹波转矩.     

永磁同步电动机直接转矩控制策略研究

分析了永磁同步电动机的数学模型、常规直接转矩控制(DTC)算法,引入磁链误差进行电压矢量预测对常规DTC策略改进,并在此基础上提出基于磁链误差矢量调制(FESVM)的直接转矩控制系统仿真建模方法,建立基于常规直接转矩和改进的直接转矩两种策略的控制系统仿真模型,并对仿真结果进行分析比较。仿真实验结果表明,改进的DTC策略能有效地减小永磁同步电动机转矩脉动和磁链脉动,为实际控制系统的设计和调试提供了新的思路。     

多端口永磁式行星齿轮设计与电磁性能分析

针对永磁式行星齿轮设计中的电磁问题进行了系统研究。通过对永磁式行星齿轮设计中的关键问题的理论和仿真分析,提出了永磁式行星齿轮设计的基本原则,在此基础上设计了一台高转矩密度、低定位力矩的永磁式行星齿轮。基于有限元仿真软件进行电磁参数计算,验证了结构的合理性。加工了样机,对样机的永磁太阳轮的最大传递转矩进行了试验,试验结果验证了上述设计和优化方法的有效性。     

减小永磁同步电动机电磁转矩脉动方法

针对表贴式永磁同步电动机自身结构的特点,简述了永磁同步电动机产生转矩脉动的原因.从电机设计着手,分析永磁体的充磁方式、永磁体宽度、偏心距、不同极弧系数组合以及极槽配合对纹波转矩和齿槽转矩的影响.以一台永磁同步电动机为例,运用有限元软件Maxwell 2D分析这些情况下的转矩脉动.     

永磁驱动器斜极参数对齿槽转矩的影响及优化

针对开槽结构的永磁驱动器存在齿槽转矩的特点,提出一种消弱齿槽转矩的斜极优化方法。基于傅里叶分解的解析方法推导出具有斜极结构的永磁驱动器齿槽转矩解析表达式,研究了磁极斜极的主要结构参数对齿槽转矩的不同影响。以永磁驱动器齿槽转矩最小为目标,利用自适应权重粒子群优化算法对其主要结构参数进行优化,得出最优结构参数组合。最后利用ANSYS有限元仿真计算分析了优化前后永磁驱动器的齿槽转矩,仿真结果表明,优化后的斜极结构显著地消弱了永磁驱动器的齿槽转矩,避免了产生转矩波动,提高了系统的控制精度,证明本文得出的结论是正确有效的。     

永磁辅助磁阻同步电机性能分析

为了准确分析永磁辅助磁阻同步电机的动态特性,针对永磁辅助磁阻同步电机本体,给出一种基于有限元建模分析方法。通过有限元建模分析得出其D-Q轴磁链、自感和互感等数据,利用这些有限元分析数据推导出永磁辅助磁阻同步电机的数学模型。在此基础上为了进一步提高永磁辅助磁阻同步电机的动态转矩响应,特别设计了具有电流反馈补偿的负载转矩观测器,并对其进行了研究和建模仿真。仿真结果表明,永磁辅助磁阻同步电机具有很好的动态性能。     

永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法

为了验证永磁磁阻电机具备宽调速域的优势,同时充分发挥永磁磁阻电机在弱磁运行时的输出转矩,提出了一种基于转矩预测控制的全速域控制方法。采用Ansys设计了一台永磁磁阻电机,并与Simulink联合仿真验证了方法的可行性。验证结果表明:转矩预测控制方法可以使电机在全速域获得良好的动态性能,同时永磁磁阻电机弱磁运行时依然具有优秀的转矩输出能力。     

双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。     

斜槽在450W离网型风力发电机中的应用研究

斜槽是一种削弱永磁同步发电机齿槽转矩和电压谐波的有效方法.在理论分析的基础上,对定子分别为直槽、斜槽结构的两台450W永磁同步风力发电机进行了MagNet有限元仿真和试验分析.重点研究了斜槽对永磁同步风力发电机齿槽转矩、电压波形以及效率的影响.仿真和试验结果验证了斜槽可以有效降低永磁同步风力发电机齿槽转矩和电压谐波.     

永磁辅助磁阻同步电机性能分析

为了准确分析永磁辅助磁阻同步电机的动态特性,针对永磁辅助磁阻同步电机本体,给出一种基于有限元建模分析方法.通过有限元建模分析得出其D-Q轴磁链、自感和互感等数据,利用这些有限元分析数据推导出永磁辅助磁阻同步电机的数学模型.在此基础上为了进一步提高永磁辅助磁阻同步电机的动态转矩响应,特别设计了具有电流反馈补偿的负载转矩观测器,并对其进行了研究和建模仿真.仿真结果表明,永磁辅助磁阻同步电机具有很好的动态性能.     

表贴式永磁交流伺服电机齿槽转矩优化分析

齿槽转矩由永磁电机中的永磁体和有槽电枢铁心相互作用产生。基于能量法和有限元仿真分析了永磁体极弧系数对电机齿槽转矩的影响,计算选取出最优极弧系数,通过调整磁极偏心距离进一步降低齿槽转矩,将仿真结果与样机测试数据进行对比证实了优化方案的可行性。结果表明,合理选取极弧系数并结合磁极偏心的方法可以有效降低齿槽转矩。     

盘式永磁直流电动机齿槽转矩特性

分析了盘式永磁直流电动机齿槽转矩问题产生的原因,利用麦克斯韦张量法分析定位齿槽转矩。阐述了齿槽转矩产生的机理,利用Ansoft有限元仿真软件对齿槽转矩特性进行研究,找出了一个最优的削弱盘式永磁电机齿槽转矩的方法。     

永磁同步电机的改进模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中存在的转矩脉动和磁链纹波大的问题,提出一种改进的模型预测直接转矩控制方法。在两相静止坐标系下,依据无差拍控制理论计算出使电磁转矩和定子磁链在下一周期达到给定值的期望电压矢量。通过引入虚拟电压矢量将电压矢量空间划分成13个扇区,根据期望电压矢量所在扇区位置选取相应的实际电压矢量,可选取的实际电压矢量由传统的8个电压矢量扩展为14个电压矢量。该方法具有虚拟电压矢量占空比固定、调制简单以及运算次数少的优点。对直接转矩控制、传统的模型预测直接转矩控制以及改进的模型预测直接转矩控制进行仿真对比,结果表明,改进的模型预测控制方法能有效地抑制转矩脉动和磁链纹波,减小定子电流畸变率,提高系统的鲁棒性。     

一种抑制永磁盘式电机齿槽转矩的新方法

齿槽转矩最小化是高性能低成本永磁盘式电机设计所追求的目标之一。以一永磁盘式轮毂电机为研究对象,围绕盘式电机齿槽转矩优化问题,提出一种定子齿顶增加辅助凸部以抑制齿槽转矩的新方法;随之推导了基于能量法与傅里叶变换的此优化策略下永磁盘式电机齿槽转矩解析式,并将其应用于齿槽转矩的定性分析;而后应用三维电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell模拟计算此化策略下盘式电机的齿槽转矩,并将辅助凸部参数对齿槽转矩的影响进行了详细探讨;而后根据有限元仿真结果试制了一样机并搭建了相应的测试系统,实验结果也验证了仿真的正确性。研究表明,合理的辅助凸部的引入能较大程度的抑制齿槽转矩,且新工艺的应用能显著降低盘式电机的生产制造成本。     

基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计

内置式永磁同步电机具有效率高、功率密度高、转矩密度高、弱磁调速性能好等优点,在电动汽车驱动领域应用广泛。但由于齿槽转矩和磁阻转矩的存在,相比于其他类型的永磁电机,内置式永磁同步电机的转矩脉动较大,从而影响电机运行的稳定性和使用寿命。为了提高电机的转矩特性,本文提出了基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计。首先,合理选择电机转子关键结构参数作为优化变量。并以电机最大平均转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标,利用田口算法对电机进行优化,最终得到了优化后的转子结构参数。有限元仿真结果证明了所述优化方法的有效性。本文对车用内置式永磁同步电机的优化设计具有一定的理论意义和工程参考价值。     

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。