基于Ansoft Maxwell的盘式永磁电机齿槽转矩的优化设计

齿槽转矩最小化是高性能永磁盘式电机设计所追求的目标之一。围绕盘式电机齿槽转矩优化问题,阐述了几种实用且有效的盘式电机齿槽转矩优化方法,并利用三维数值有限元分析软件Ansoft Maxwell模拟计算各优化策略下盘式电机的齿槽转矩。仿真结果表明辅助凸部与辅助凹槽及导磁槽楔结构的增加能大大减小齿槽转矩。     

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。     

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。     

基于磁极偏移的盘式永磁电机齿槽转矩削弱方法

对应用于抽油机的大力矩低速盘式电机的研究中,由齿槽转矩造成的推力波动是影响电机运行性能的一个重要因素.为削弱齿槽转矩,采用基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法推导出盘式永磁电机磁极偏移与齿槽转矩的关系式,提出磁极分组进行磁极偏移对齿槽转矩低次谐波的削弱方法,在此基础上通过槽口优化进一步削弱齿槽转矩的高次谐波.利用有限元法进行仿真分析和验证,结果显示磁极偏移与槽口优化相结合的方法能有效的削弱盘式永磁电机的齿槽转矩.     

基于有限元方法的双定子永磁同步电机齿槽转矩研究

永磁电机不通电时永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起低速永磁电机起动困难.为了有效地削弱低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究基础上,建立了低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的一些因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为电机最优设计提供重要依据.     

基于有限元方法的双定子永磁同步发电机齿槽转矩研究

永磁电机不通电时永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起永磁电机低速起动困难。为了有效地削弱双定子低速稀土永磁同步发电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究的基础上,建立了双定子低速稀土永磁同步发电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为发电机最优设计提供重要依据。     

基于改变定子齿槽参数的异步起动永磁同步电动机齿槽转矩削弱措施研究

齿槽转矩是永磁电机的共有问题,是该类电机设计中需要重点考虑的问题之一。异步起动永磁同步电动机能够利用笼型转子产生的异步转矩实现自起动,齿槽转矩的存在会对电机的运行产生不利影响。研究了通过改变定子齿槽参数削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,分别推导了改变定子齿宽、定子不等齿宽配合及定子不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式,给出了相应地能有效削弱电机齿槽转矩的定子齿槽参数确定方法。有限元计算结果表明,上述措施能有效削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并且不会对电机性能产生较大影响。     

基于不同极弧系数的盘式电机齿槽转矩的削弱方法

针对盘式永磁电机齿槽转矩的负面影响,提出了不同极弧系数组合和分段磁极的方法。基于傅里叶级数和能量法分析推到出齿槽转矩表达式,得出削弱齿槽转矩的优化方案。利用有限元软件仿真求出极弧系数与齿槽转矩和反电势波形关系图,得出极弧系数的最优化选择时0.733。通过不同极弧系数组合磁极分段和磁极分段与极弧系数为0.733对比分析,得出两种方案齿槽转矩的削弱能力和优点。     

整数槽永磁同步电动机齿槽转矩的研究

在齿槽转矩产生原理的基础上,根据解析法推导与分析了不同整数槽永磁同步电机的齿槽转矩,并利用Ansys有限元分析软件对不同整数槽永磁同步电机的齿槽转矩进行对比分析与研究。结果表明,采用不同整数槽的永磁同步电机,其齿槽转矩的幅值以及对电机低速运行性能的影响不同。并提出针对不同整数槽采用不同抑制齿槽转矩的方法,进行了样机测试,该分析方法可避免整数槽电机产生较大齿槽转矩,对采用整数槽减小电机径向电磁力、降低永磁同步电机的振动和噪声具有实用意义。     

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。     

自起动永磁同步电动机齿槽转矩的研究

永磁电机中永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起电机振动和噪声.该文提出了一种针对自起动永磁同步电动机的解析分析方法,得到了齿槽转矩的解析表达式.基于所导出的表达式,根据产生机理的不同,将齿槽转矩各分量分为4类,对各类齿槽转矩的特点进行了分析,并研究了斜槽对各类齿槽转矩的影响,研究表明：与表面式永磁电机不同的是,在自起动永磁同步电动机中采用斜槽的方法不能消除所有的齿槽转矩.     

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。     

转子静态偏心的表面式永磁电机齿槽转矩研究

齿槽转矩是永磁电机研究的重要内容之一。在实际生产中，由于偏心，不同程度的存在气隙不均匀的情况，势必影响气隙磁场分布，进而影响齿槽转矩的大小。该文基于能量法和傅立叶变换，给出了齿槽转矩的定性解析表达式，研究了转子静态偏心对永磁电机齿槽转矩的影响。研究表明：偏心对极数和槽数组合满足特定条件的电机的齿槽转矩的大小和分布影响较大，对不满足该特定条件的影响很小。最后文中给出了相应的判断标准，并利用有限元法进行了验证。     

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.     

Prediction of cogging torque using the flux-MMF diagram technique

An improved approach to predicting cogging torque in permanent magnet motors using the flux-MMF diagram technique is presented and validated. A brief review of cogging torque calculation and minimization techniques is included. It is shown that the flux-MMF diagram can be constructed for any one pole of a permanent magnet machine using the demagnetization characteristic of the permanent magnet; then by applying the principle of virtual work, cogging torque can be predicted. It is also shown that the flux-MMF diagram technique is a truly universal technique of cogging torque prediction and gives greater insight into many of the methods used for cogging torque minimization     

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析

Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点,将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上,给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型,通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明;使用该模型分析每极两块(1P2p)、每极三块(1P3p)Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响,对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明,合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩,当永磁体厚度增加时,Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。     

削弱永磁电机齿槽转矩的极宽调制方法与实验

针对齿槽转矩会使电机在运行过程中产生转矩振荡和噪声,影响电机的性能指标的问题,对比抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制方法在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元建模,分别计算传统表面式和极宽调制式两种转子结构永磁电机的齿槽转矩;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,对两种不同结构样机...     

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。     

斜槽式永磁球形电机的设计与分析

永磁球形电机由于其结构简单、控制方便,并且可以实现任意角度的偏转的特点,现在在航空航天、智能机器人等各个领域被广泛应用。本文采用8极16槽,具有三层定子结构的永磁多自由度球形电机,对球形电机的气隙磁场和齿槽转矩进行了分析,提出一种斜槽结构,对转子进行优化,利用有限元软件建立三维模型,用解析法对齿槽转矩进行分析,得到的结果与有限元方法进行对比分析,计算分析结果表明,该优化设计方法能有效降低永磁球形电机的齿槽转矩。     

减小齿槽转矩的永磁电机结构优化设计

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛。然而由于永磁体与有槽铁心相互作用,产生齿槽转矩,引起振动和噪声。在永磁电机结构中,影响齿槽转矩大小的有多种因素,本文利用田口法对一台永磁电机的槽口宽、齿靴高度、充磁方式、极弧系数、永磁体厚度进行优化,得出一组减小齿槽转矩的优化方案。结果表明,通过田口法优化得到的电机结构方案与原方案相比,显著削弱了齿槽转矩。