三相无刷直流电动机分类槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之六)降低永磁无刷直流电动机齿槽转矩的设计措施

降低齿槽转矩通常是永磁电机设计的主要目标之一.综述了永磁无刷直流电动机齿槽转矩的主要设计措施,包括采用分数槽绕组、优化磁极极弧宽和槽口宽、不等气隙、斜极和斜槽、磁极分段错位、磁极偏移、齿顶开辅助凹槽等,可供设计者参考.     

三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之五)降低永磁无刷直流电动机齿槽转矩的设计措施

降低齿槽转矩通常是永磁电机设计的主要目标之一.综述了永磁无刷直流电动机齿槽转矩的主要设计措施,包括采用分数槽绕组、优化磁极极弧宽和槽口宽、不等气隙、斜极和斜槽、磁极分段错位、磁极偏移、齿顶开辅助凹槽等,可供设计者参考.     

永磁无刷直流电动机齿槽转矩的削弱

抑制齿槽转矩一直是永磁电机的重点和难点。文章综述了削弱永磁无刷直流电动机齿槽转矩的主要方法,包括改变磁极参数、电枢结构、电枢槽数和极数的合理组合等3大类和极弧系数选择等11种具体措施。     

低齿槽转矩的表面式永磁同步电动机优化设计

为了设计一款9槽6极低齿槽转矩的表面式永磁交流同步电动机,首先应用有限元软件分析了电机的磁钢偏心距、极弧系数和定子铁心槽口宽度等参数对齿槽转矩和反电势的影响,分析表明优化设计以上参数可有效削弱永磁交流同步电动机的齿槽转矩。然后分析出齿槽转矩波形的主要谐波分量,选择合适的磁极错移角进一步削弱齿槽转矩。最后通过对样机进行测试,表明该电机齿槽转矩得到了有效削弱。     

一种削弱永磁同步电动机齿槽转矩的方法

为了研究实心转子永磁同步电动机的削弱措施,结合永磁电机永磁体极弧系数和永磁体不对称放置的方法,提出了一种仅改变实心转子非磁性槽楔的齿槽转矩削弱方法.通过非磁性槽楔的变化改变一个磁极的极弧宽度,其余磁极宽度不变,同时保持各个非磁性槽楔的宽度相同,通过合理的选择槽楔的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩.通过解析法研究了采用该方法后实心转子永磁同步电动机齿槽转矩的表达式,得到了永磁体剩磁平方的傅立叶分解表达式.据此得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式和磁极极弧宽度的确定方法.该方法仅改变了槽楔的形状,对电机结构影响较小,且合适极弧宽度组合较多,有限元验证表明该方法可有效地削弱齿槽转矩.     

基于单一磁极宽度变化的内置式永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法

结合永磁电机极弧宽度组合和永磁体不对称放置的方法提出了一种仅改变隔磁磁桥削弱内置式永磁同步电动机齿槽转矩的方法。通过在永磁体槽和转子外表面之间增加隔磁磁桥,改变磁桥的形状和尺寸,使得内置式永磁同步电动机的一个磁极的极弧宽度变化,同时保持其余磁极宽度不变,且相邻磁极间的宽度相等,通过合理选择隔磁磁桥的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩。由于每极整数槽和非整数槽时,采用单一极弧宽度变化造成的影响不同,本文采用解析法分别对两种情况进行了研究,得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式,据此得到了磁极极弧宽度的确定方法。     

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。     

永磁电机齿槽转矩的谐波分析与最小化设计

针对传统电机优化设计方法使用特殊形状的铁心或磁极,导致电机结构复杂、难以加工的问题,采用频谱分析的方法对内置式永磁电机和表贴式永磁电机的齿槽转矩进行研究.用有限元方法计算两种电机模型的齿槽转矩,进而由傅里叶变换得到其各次谐波的功率谱.理论分析表明,采用适当余数的分数槽电机可以消除齿槽转矩中的特定谐波分量;而优化极弧长度则可以使其谐波总量最小化.针对永磁电机齿槽转矩谐波分量较大的缺点,提出二者相结合的方法抑制永磁电机的齿槽转矩.有限元计算结果显示,优化设计后,齿槽转矩的幅值不足额定转矩的0.1%.     

基于磁极不对称角度优化的内置式永磁无刷直流电动机齿槽转矩削弱方法

齿槽转矩削弱是永磁电机研究的重点和难点之一。本文基于能量法和傅立叶分解的解析分析法,给出了磁极不对称时内置式永磁无刷直流电动机的齿槽转矩解析表达式,据此研究了磁极不对称对齿槽转矩的影响,在此基础上,提出了使齿槽转矩最小的磁极不对称角度的解析确定方法。由于解析法采用了一些假设,忽略了饱和、漏磁等影响,所得到的磁极不对称角度不是最佳值。为使齿槽转矩最小,将全局优化方法、解析法和有限元相结合,把寻优可行域缩小在解析解附近以减小求解时间,利用全局优化算法和有限元进行优化,以获得磁极不对称角度最优解。本文对每极槽数为整数和分数的两台无刷直流电动机分别进行了解析分析和优化,结果表明,该文的优化方法可显著削弱齿槽转矩。     

组合磁极削弱永磁同步电动机转矩脉动方法研究

针对永磁同步电动机的转矩脉动削弱问题,研究了组合永磁磁极的转矩脉动削弱方法。组合磁极由两种性能不同的永磁材料组成,通过合理选择永磁材料与极弧宽度组合,可削弱气隙磁密和反电动势谐波,进而削弱转矩脉动。采用解析法计算组合磁极产生的气隙磁密和反电动势,研究组合磁极的极弧宽度变化对反电动势的谐波的影响,以总谐波失真最小为标准,得到极弧宽度组合。有限元计算结果表明,采用极弧宽度组合时,反电动势谐波和永磁电机的转矩脉动都得到了很好地削弱。     

基于辅助槽的切向永磁电机齿槽转矩削弱方法

为削弱永磁同步电机齿槽转矩,提高电机性能,采用了开设转子内部辅助槽的方法。通过能量法分析齿槽转矩的产生原理,探讨了转子内部辅助槽对电机齿槽转矩的影响;利用有限元软件建立8极36槽内置切向式永磁同步电机模型,并基于该模型对辅助槽的形状、各项参数进行分析,采用变步长搜索法得到最优参数,最终得到辅助槽的最佳设计方案。结果表明:在转子内部开设偏心圆形辅助槽,能够有效削弱齿槽转矩,使齿槽转矩峰值降低了57.2%;能够增加气隙磁密基波幅值,减少谐波分量,2、6、8次谐波幅值明显下降;电机感应电动势谐波含量减少,电机性能得到提升。     

低速大转矩多极永磁电机齿槽转矩削弱的有效方式

基于能量法和傅里叶分解的解析方法,推导了低速大转矩多极永磁电机齿槽转矩的解析表达式,基于所导出的表达式,研究了比较有效的抑制齿槽转矩的方法,应用有限元仿真分析方法知道,抑制该类电机齿槽转矩比较行之有效的的方法依次是,选择最优极弧系数、定子斜槽、极数和槽数的合理组合、采用分数槽绕组、设计不均匀气隙和磁性槽楔等。     

削弱永磁电机齿槽转矩的一种新方法

针对永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用产生齿槽转矩,引起电机的振动和噪声,并影响系统的控制精度等问题,提出了通过改变磁极形状来削弱齿槽转矩的新方法。采用有限元分析方法,对不同形状永磁磁极的永磁电机齿槽转矩和磁通进行了分析和比较,并对槽数与极数配合对齿槽转矩的影响进行了研究。研究表明,采用偏心磁极结构可有效地削弱齿槽转矩,而对每极磁通影响较小,本文提出的方法是有效的。     

无刷直流电机的理想与非理想定位力矩及其综合抑制方法

可以采用多种有效的方法来抑制无刷直流电动机的定位力矩,但电机各部件制造或材料偏差的存在,使得按照上述方法实际生产出的电机出现较明显的定位力矩.文中从理论上分析了理想与非理想定位力矩的产生机理和规律;以4极9槽和4极12槽径向磁路无刷直流电机为例,采用数值计算和试验的方法定量分析了理想与非理想定位力矩,给出了定位力矩产生的一般规律.采用极槽配合法、磁极优化法、闭口槽法及定子齿冠开槽法抑制理想定位力矩,并分别给出了Z次和2P次非理想定位力矩的抑制措施.计算和试验结果验证了理论分析结论的正确性.     

基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究

齿槽转矩的削弱是永磁电机的难点和研究重点之一。为削弱实心转子同步电动机的齿槽转矩，文中提出了一种基于能量法和傅立叶分解的的解析分析方法，给出了能明确表达齿槽转矩与设计参数关系的齿槽转矩解析表达式，据此研究了极弧系数对齿槽转矩的影响。在此基础上，提出了极弧系数的最佳确定方法。根据该文给出的方法，可以方便地得到不同极数和槽数配合时的最佳极弧系数，进而削弱齿槽转矩。最后利用有限元法对其进行了验证，证明文中提出的方法是正确有效的。     

适配功率电机齿槽转矩削弱方法研究

为削弱适配功率电机齿槽转矩,提高该电机动力输出性能,提出了匹配相邻磁极极弧系数的方法。首先,运用麦克斯韦应力张量法和傅里叶分解求解适配功率电机齿槽转矩解析模型,并对不等极弧系数进行匹配组合,解析结果表明齿槽转矩削弱了35%左右。然后,采用全局优化算法对不等极弧系数进行全局寻优匹配,齿槽转矩进一步得到优化。最后,依据理论研究结果加工制作样机并进行试验,试验结果显示,齿槽转矩实测数据和优化结果相比,总体误差为5%左右,且整体趋势与优化曲线相符。因此,所提用于削弱适配功率电机齿槽转矩的方法是有效且可行的。     

Permanent-Magnet Synchronous Motor Magnet Designs With Skewing for Torque Ripple and Cogging Torque Reduction

This paper examines the torque ripple and cogging torque variation in surface-mounted permanent-magnet synchronous motors (PMSMs) with skewed rotor. The effect of slot/pole combinations and magnet shapes on the magnitude and harmonic content of torque waveforms in a PMSM drive has been studied. Finite element analysis and experimental results show that the skewing with steps does not necessarily reduce the torque ripple but may cause it to increase for certain magnet designs and configurations. The electromagnetic torque waveforms, including cogging torque, have been analyzed for four different PMSM configurations having the same envelop dimensions and output requirements.     

绕组类型与极槽配合对永磁同步电动机性能的影响

主要研究了单双层绕组及不同的极槽配合对分数槽绕组永磁同步电动机性能的影响.通过建立8极18槽、16极18槽、20极18槽的单、双层绕组分布的永磁同步电动机的二维模型,得到绕组分布图.分别进行有限元仿真计算,得到各模型的磁力线分布图、电磁转矩波形、转矩脉动波形、齿槽转矩波形和空载反电动势波形,通过对这些波形的分析得出不同绕组类型与极槽配合对电机性能影响的规律.     

极弧系数组合优化的永磁电机齿槽转矩削弱方法

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛，然而永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用，产生齿槽转矩，引起电机的振动和噪声，并影响系统的控制精度。通常情况下，永磁电机各磁极的极弧系数相等。为削弱齿槽转矩，可设计相邻磁极极弧系数不等。文中采用不等极弧系数组合削弱永磁直流电机齿槽转矩，利用基于能量法和傅里叶分解的解析法得到齿槽转矩的表达式，通过分析起作用的气隙磁密的傅里叶系数，给出了使得齿槽转矩最小的极弧系数组合的确定方法。但是由于采用了一些假设，上述确定方法存在一定误差。为使齿槽转矩最小，采用全局优化方法与有限元相结合以获得最优极弧系数组合。文中对每极槽数为整数和分数的2台电机模型分别进行了解析分析和优化，结果表明：该优化方法可显著削弱齿槽转矩。