高性能风机用外转子无刷直流电机的设计与研究

针对电机的技术指标要求,依据电机的电磁设计方法确定电机的主要尺寸。转矩波动的存在导致无刷直流电机的振动和噪音,齿槽转矩是其重要组成部分。基于Maxwell建立该电机二维模型,对其进行有限元仿真分析,利用不等厚永磁体和定子齿冠开槽的方法来降低齿槽转矩,为设计低噪音、低振动高性能无刷直流电机提供一种可靠的方法。最后试制样机,样机测试值和Maxwell仿真值进行对比,验证Maxwell仿真的正确性和降低齿槽转矩方法的可行性。     

采用气隙不均匀改善永磁同步电机性能

为使内置式永磁同步电动机稳定运转,本文选用转子偏心致使气隙不均匀来改善磁场波形,将齿槽转矩幅值下降。同时铁心损耗降低和输出转矩提高,电机的性能得到提高。基于Maxwell 2D对不同最大气隙δmax、最小气隙δmin组合对应的偏心距H进行扫描分析,得到齿槽转矩最小的偏心距H。再对比分析气隙均匀和不均匀时气隙磁场波形、输出转矩和铁心损耗,仿真结果表明合理的气隙不均匀可以改善电机性能。最终试制一样机,获得样机试验结果与Maxwell仿真值比照,误差小于8%,验证了Maxwell设计电机的高精度。     

负载对分数槽永磁电机转矩波动的影响

为了削弱分数槽永磁电机的转矩波动,提高控制精度,详细分析了负载对气隙磁密、反电势、电感和转矩波动的影响,得出转矩波动次数相对齿槽转矩次数的变化规律由电机的每极每相槽数确定,提出了一种根据转矩波动的次数和磁钢分段数设计磁钢分段斜极角的方法,并利用Ansoft Maxwell 2D有限元分析软件对该方法进行了计算机仿真分析,通过6种极槽配合电机的仿真结果表明,提出的方法相比于基于齿槽转矩次数设计磁钢分段斜极角的方法,对转矩波动的削弱效果能提高40%以上,效果明显。     

Halbach阵列永磁电机齿槽转矩分析与计算

为了削弱永磁电机齿槽转矩,提高电机气隙磁密,改善气隙磁场分布,采用分段式Halbach阵列磁体结构,使永磁体获得理想的单边磁场。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁力线分布,获得电机气隙磁密和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁体电机进行对比分析。研究结果表明,该方法能有效削减齿槽转矩,提高磁密幅值,增强磁密正弦性。     

基于磁场调制原理的齿槽转矩研究

永磁电机的齿槽转矩会引起电机转矩波动,降低电机控制精度。如何降低齿槽转矩一直是永磁电机领域研究的热点之一。传统齿槽转矩解析方法通常基于能量法。该文将能量法和磁场调制理论相结合,提出一种新的永磁电机齿槽转矩分析方法,对齿槽转矩的产生机理进行解释,并对齿槽转矩表达式进行推导,证明齿槽转矩是若干调制磁场相互作用的结果。通过对齿槽转矩分量表达式进行分析得出,要产生任意齿槽转矩分量,谐波永磁磁场和谐波气隙磁导需要满足的周期约束关系。之后对整数槽绕组电机和分数槽绕组电机进行有限元仿真,研究不同极槽配合下的电机齿槽转矩,以及气隙各次谐波磁场幅值随转子转动的变化规律,并对理论推导进行了验证。该文介绍的齿槽转矩分析方法为抑制永磁电机的齿槽转矩提供了设计思路。     

磁极偏移与转子凿孔开槽对永磁同步电机性能的影响

为降低永磁同步电机的齿槽转矩,采用磁极偏移的方式对电机进行优化分析。借助于Maxwell 2D有限元软件对磁极偏移进行参数化扫描分析,找出使齿槽转矩幅值最小的偏移角度。为了减小永磁电机的转动惯量,便于电机控制时提高动态响应能力,在转子上凿孔并开槽,研究了凿孔开槽后对电机空载气隙磁密、齿槽转矩和电磁转矩的影响。最后通过分析样机测试与有限元仿真结果,验证了该方法的有效性,为永磁同步电机转子结构优化设计提供了一定的工程参考价值。     

微型无刷直流电机气隙优化研究

根据无刷直流电机的FOC控制理论，可知电机相反电动势对转矩波动的影响机理。通过研究无刷直流电机气隙长度对相反电动势波形及齿槽力矩的影响，使用Ansys Maxwell模拟软件对电机相反电动势，齿槽力矩及转矩波动等进行模拟分析，通过对相反电动势波形的FFT分解，对相反电动势谐波进行优化，并结合样机的对比测试结果，提出微型、高转速电机的气隙优化的方案。     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

分数槽绕组对永磁同步电动机性能的影响分析

理论分析分数槽绕组对永磁同步电机齿谐波电动势、电枢反应磁动势和齿槽转矩的影响。以3相4极永磁同步电机为例,运用Ansoft Maxwell分别建立整数槽绕组电机模型和分数槽绕组电机模型,对电机的电枢反应电动势、气隙磁动势和齿槽转矩进行仿真分析。对比仿真结果验证理论分析的正确性。     

注塑机用永磁同步电动机的设计与分析

为改善注塑机用永磁同步电动机的气隙磁密波形,降低振动和噪声,提出一种新的转子结构。设计了一台8极36槽永磁同步电动机,在转子铁心上适当打孔和开槽,借助电磁场有限元分析软件ANSYS Maxwell,建立电机模型,并对电机空载气隙磁场、齿槽转矩、电磁转矩及径向电磁力波进行了分析与计算,仿真结果表明,采用该转子结构可减少电机转矩脉动和气隙磁场谐波。样机试验结果验证了该电机设计的合理性。     

基于定子齿冠偏心的外转子永磁电机转矩波动抑制

为了抑制12槽10极风机用外转子永磁同步电动机的转矩波动,研究了定子齿冠偏心的结构。该方法基于不等气隙长度的思想,保持了初始结构的定子齿冠极弧中间部分对应的气隙长度不变,而齿冠两边对应的气隙长度变宽。利用有限元分析软件对采用定子齿冠偏心结构的外转子永磁同步电机进行仿真计算分析,研究了不同偏心距离下电机的转矩波动系数,并分析了齿冠偏心对于输出转矩大小、齿槽转矩以及气隙磁场谐波畸变率的影响。仿真实验结果表明,采用定子齿冠偏心的结构,能有效地抑制输出转矩的波动和齿槽转矩的幅值,使气隙磁密波形得到改善。     

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。     

二相混合式步进电动机的齿槽定位转矩特性分析

为判定二相混合式步进电机断电状态下的定位平衡点,推导了电机齿槽定位转矩的平衡位置点公式;采用Maxwell 3D有限元法,在静态磁场下对电机进行建模仿真,算得电机在不同转子位置角下的齿槽定位转矩曲线,仿真结果验证了前述推导结论的正确性;试验测得电机齿槽定位转矩幅值和平衡位置点,结果表明上述推导结论和有限元仿真结果的正确性。     

基于Ansoft的双绕组永磁容错电机设计

基于Ansoft Maxwell 14设计了双绕组永磁容错电机,从空载反电动势、齿槽转矩脉动、气隙磁密、电感特性等方面验证了电机性能。根据设计制作了试验样机,测试了样机空载反电动势和短路电流。对比了利用解析法、有限元法和示波器测量值分别估算的电感,结果一致性较高,验证了仿真和计算的可靠性。该研究结果对于双绕组永磁容错电机在高可靠性工程领域中的应用具有一定的参考价值。     

永磁直驱风力发电机不同极槽配比的磁场研究

永磁同步发电机运行时,永磁体和电枢铁心相互作用会产生齿槽转矩,引起转矩波动和噪声.应用Ansys设计分析软件中的有限元模块和磁路等效模块,研究了分数槽绕组外转子永磁直驱风力发电机在不同极槽配比情况下的齿槽转矩、磁场分布、气隙磁密谐波含量和电机效率的变化规律;对比分析了整数槽电机在直槽和斜槽2种设计方案下的电压及畸变率.仿真结果表明,分数槽和斜槽结构均能有效削弱电机的齿槽转矩,消除高次谐波电压,且整数斜槽结构的电机削弱齿槽转矩的效果更好一些.     

模块组合永磁电机力矩波动分析

模块组合电机存在齿槽力矩和边端力波动影响电机性能的问题,本文针对模块组合永磁同步电机的力矩进行分析:对齿槽转矩的产生进行理论分析并采用不同程度不均匀气隙对齿槽转矩的优化;另对边端力利用Schwarz-Christoffel变换对电机边端气隙磁场进行求解,最后提出边端力的削弱方法。     

采用新型磁性槽楔的永磁同步电机分析

针对磁性槽楔能够改善电机气隙磁导波形,减小气隙磁密谐波,削弱电机齿槽效应,从而减小电机损耗和转矩波动,提高电机效率的优异特性,提出一种新型的叠片式磁性槽楔。该结构能够进一步优化开口槽电机的气隙磁密波形,降低齿槽转矩,减小电机损耗,同时又不会影响电机定子槽漏抗。本文用解析法分析磁性槽楔磁导率对于气隙磁密谐波以及定子槽漏抗的影响,通过一台130kW的永磁同步电机模型,运用有限元仿真分析比较叠片式磁性槽楔与普通磁性槽楔的电气性能。     

一种内置V型永磁同步电机齿槽转矩的削弱方法

齿槽转矩会造成振动与噪声、电机控制精度低等问题,故有必要削弱电机的齿槽转矩。通过研究分析内置V型PMSM齿槽转矩的产生机理,分析与齿槽转矩有重要影响的气隙磁密谐波,提出了改变单极V型磁极宽度及V型磁极夹角角度,其它磁极不变以削弱齿槽转矩的方法。研究了不同磁极宽度及不同夹角角度对齿槽转矩的影响,对比分析了改变单极磁极与磁极未变化时对齿槽转矩、气隙磁密、平均转矩以及转矩波动的影响。     

永磁同步电动机齿槽转矩优化设计仿真

分数槽集中绕组永磁同步电动机因产生齿槽转矩及大量的磁动势谐波,会影响电机的工作性能。在分析齿槽转矩及谐波产生原理的基础上,确定了齿槽转矩及磁动势谐波影响因素,对电机结构进行了综合优化设计。针对一款400 W永磁同步电动机,通过对绕组系数、齿槽转矩、力波振动和谐波损耗综合分析,设计了12槽10极双层并联绕组和不开槽定子结构;采用环形永磁体以优化气隙磁密;以体积、成本、性能为综合指标,设计了电机各部分尺寸。通过有限元分析法对电机静磁场特性、空载气隙磁密、齿槽转矩及空载反电动势进行了仿真分析。制造样机并进行了性能测试。仿真与测试结果表明,该电机设计合理,性能优良。     

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。