新型永磁复合电机的设计与优化

基于同心式永磁齿轮的运行机理,设计了一种新型的低速大转矩永磁复合电机模型,给出了模型参数化设计的计算方法。通过控制变量法,逐一改变调磁极块的长度、厚度,定子冲片轭铁厚度以及内转子轭铁的厚度等参数,再通过Ansoft有限元仿真软件对这些参数进行优化仿真。结果表明,可以有效提高电机的转矩密度,降低转速波动。     

新型永磁调磁式磁齿轮的设计与优化

为了提高磁齿轮的输出转矩和运行转速、减小永磁体的涡流损耗,提出一种新型永磁调磁式磁齿轮,分析其工作原理和转矩特性,结果表明相比较传统的磁齿轮,新型永磁调磁式磁齿轮具有传动效率高、转矩密度高、可高速传动的优点。在此基础上,为了获得新型磁齿轮的最优结构参数,以提升输出转矩和减小齿槽转矩为优化目标,提出一种基于参数敏感性和响应面法相结合的多目标优化方法,对新型磁齿轮的永磁调磁块、外转子及内转子永磁体等结构参数进行优化设计,利用有限元法分析优化前后新型磁齿轮的电磁性能,表明多目标优化方法可进一步提升新型磁齿轮的输出性能,为其应用和优化设计奠定了基础。     

摆线磁齿轮复合电机设计与优化

将摆线磁齿轮与永磁电机相结合,研究了一种可双端输出的摆线磁齿轮复合电机(CMGCM),给出了CMGCM的运行机理及结构参数的设计方法;建立了摆线磁齿轮的有限元仿真模型,通过双控制变量法对各关键参数进行了仿真优化。结果表明,在总体积不变的条件下,优化后摆线磁齿轮的最大输出转矩较优化前提高了4. 6%,可实现低速大扭矩直接式驱动。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

内置“一”型永磁同步电机齿槽转矩削弱

为降低内置"一"型永磁同步电机齿槽转矩,提出了永磁体不均匀分块的方法。首先列出了齿槽转矩解析式,由解析式与永磁体剩磁密度分布的傅里叶展开式,分析了永磁同步电机的磁极在体积不变的情况下,将磁极合理分块后的齿槽转矩比磁极不分块时小。然后,以8极36槽永磁同步电机为例,用有限元软件建立二维模型,分析3个永磁块不同宽度分配对齿槽转矩的影响。最后,分析了永磁体分块对电机反电势和输出转矩的影响。经过有限元软件仿真,结果表明,合理的永磁体非均匀分块能大幅降低齿槽转矩。     

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。     

基于减小永磁同步电机齿槽转矩的磁极参数优化

针对永磁电机存在齿槽转矩影响运行性能的问题,通过分析电机齿槽转矩解析表达式的磁极参数,利用有限元软件建立3相4极24槽表贴式永磁同步电机仿真模型,分析永磁体剩磁感应强度、极弧系数以及永磁体厚度的变化对电机齿槽转矩的影响规律,最佳的磁极参数可有效削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩,改善电机运行性能。     

新型双方向激磁轴向磁齿轮的设计与研究

永磁齿轮是一种没有物理接触的齿轮,具有传统机械齿轮不具备的优点。双方向永磁体激磁的轴向永磁齿轮属于磁场调制式永磁齿轮的一种,为了充分利用装置的内部空间,加装了轴向激磁的永磁体,同时研究开发了一种特殊结构的调磁环,该调磁环结构充分考虑了永磁体的端部漏磁,对端部漏磁加以利用,调磁环同时对轴起到支撑作用,可以很好地解决装配问题。另外用有限元法对新结构的永磁齿轮进行了优化,仿真计算结果显示,新结构的永磁齿轮转矩传递平稳可靠。     

一种表贴式永磁同步电机磁极形状优化方法

为了降低表贴式永磁同步电机气隙磁通密度波形畸变率,提出了一种准确、快速优化磁极形状的解析计算方法。推导并优化了磁极磁动势、极间磁动势和气隙磁导函数,建立了磁极偏心结构磁场解析计算模型。基于该解析模型计算分析了一台8极36槽表贴式永磁同步电机空载气隙磁通密度和线空载反电动势等电磁参数,并通过有限元法进行了仿真验证。结果显示,该解析计算与有限元计算结果相吻合,表明该方法具有一定的实际应用价值。在确定最小气隙长度前提下,通过对永磁体端部厚度的参数化设计,得到了理想的气隙磁密、线空载反电动势以及齿槽转矩性能参数。为表贴式永磁同步电机磁极形状优化设计提供了参考。     

低速大转矩永磁电动机表贴式磁极结构涡流损耗研究

表贴式磁极的永磁体与气隙直接接触,定子齿槽效应会在磁钢表面产生涡流损耗,严重时会导致永磁体的不可逆去磁。针对该问题,本文提出在常规表贴式永磁体表面加装双曲导磁极靴的方法,采用有限元仿真对比分析加装极靴前后永磁体内磁密波形和损耗变化情况,以一台采用双曲极靴磁极的螺杆泵用低速大转矩永磁电动机为研究对象,采用标准遗传算法优化设计双曲极靴磁极结构参数,并用仿真和样机测试进行验证,结果表明,双曲极靴磁极可有效降低常规表贴式永磁电机的永磁体损耗,电机温升、效率等指标均优于常规表贴式磁极电机。     

计及间隔的组合磁极无刷直流电机优化设计

本文提出一种永磁磁极间隔和组合磁极相结合的新型永磁无刷直流电机转子磁极结构,利用多块不等磁能积的永磁体替代每极的单块永磁体,在降低稀土永磁材料用量的同时,改善相绕组反电动势波形。本文针对四极无刷直流电机,依据主副磁极的位置形状和剩磁强度比例,以空载反电动势正弦化程度为优化目标,采用田口法对选定的优化参数进行正交试验。评估各个参数对优化目标的权重比例,从而选定优化设计方案,通过有限元仿真结果验证了该优化方法可有效提高电机性能。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮参数分析与优化设计

直驱式同心式磁力齿轮在低速大转矩领域有广泛的应用前景。为获得较正弦分布气隙磁场,所用永磁体采用Halbach阵列充磁,用二维全局解析法计算同心式磁力齿轮磁场分布;分析了调磁环铁心宽度、调磁环高度及外转子轭部厚度等参数与磁力齿轮最大静态转矩之间的关系。磁场全局解析法计算结果与有限元分析结果一致性较好,验证了解析模型的正确性;根据参数分析结果,制作了一台内转子4对极、外转子17对极的Halbach阵列同心式磁力齿轮样机,样机试验结果表明,合理选择结构参数可以提高磁力齿轮的转矩密度,对磁力齿轮的设计提供一种有益参考。     

部分分段Halbach永磁同步电机优化设计

针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题,设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽.采用精确子域模型法,将求解域划分为永磁体、气隙、槽身和槽口四个区域,在二维极坐标下计算电机空载气隙磁通密度及齿槽转矩.建立10极12槽三维电机模型进行电磁仿真分析.结果表明,部分分段Halbach结构降低了永磁体涡流损耗、齿槽转矩及永磁体体积.同时,在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型,求得等效应力和总变形,确保部分分段结构永磁体的机械强度维持在允许范围内.     

电动汽车用永磁电机弱磁调速能力

针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响。采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律。结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系。样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围。电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力。     

基于改进蝙蝠算法的齿槽转矩优化

本研究从降低表贴式永磁电机的齿槽转矩出发,以24槽4极电机为例,基于能量法对齿槽转矩的产生机理进行解析分析,确定以极弧系数、气隙长度、磁极偏心距、永磁体厚度、槽开口宽度为优化参数组合,通过田口法从上述参数中筛选出对优化目标影响比重较大的参数并通过响应面拟合出相关的数学模型,应用具有Lévy飞行特征的蝙蝠算法求取该数学模型的最小值。利用有限元软件对最优解的电机模型进行仿真实验,结果表明：电机的齿槽转矩降低了82.16%,效率提高了1.6%,转矩脉动降低了8.2%。     

盘式永磁耦合器转矩特性分析与有限元仿真

输出转矩是盘式永磁耦合器最为重要的设计指标,为详细分析盘式永磁耦合器的输出转矩特性,从涡流场分析理论和磁路等效理论入手,推导出盘式永磁耦合器输出转矩公式,分析永磁体厚度、气隙厚度和铜盘厚度等重要参数对输出转矩的影响。利用Ansys有限元软件,建立了盘式永磁耦合器的3D模型,进行了瞬态场有限元仿真分析,验证了结论的正确性,为盘式永磁耦合器的优化设计提供了理论依据。     

基于Kriging模型和粒子群算法的不等厚永磁电机优化设计

不等厚永磁电机能够有效降低齿槽转矩,但同时也会导致电机电磁转矩性能降低。针对一款永磁直流电机,以磁极偏心距离和永磁体中心最大厚度为自变量,以齿槽转矩、电磁转矩、永磁体体积为优化目标,通过建立Kriging代理模型来建立自变量和优化目标的响应关系,再利用粒子群算法找到最优的变量组合。结果表明,优化后的电机不仅降低了齿槽转矩,也能使电机有较高的平均电磁转矩,并且还减小了永磁体体积。     

基于Taguchi法的表面式永磁同步电机多目标优化

以一台8极48槽的表面式永磁同步电机为例,针对表面式永磁同步电机的特点,选取电机的齿槽转矩、效率和磁钢用量为优化目标,选取极弧系数、不等厚磁极偏心距、磁极厚度和气隙长度为优化参数。利用ANSYS Maxwell的参数化扫描法与Taguchi法相结合的方法对电机进行多目标优化设计,实验并分析得到优化后的最佳参数组合。有限元仿真结果表明,采用上述方法,电机的齿槽转矩减小,效率提高,磁钢用量减小,实现了多目标同时优化。     

磁场调制式同心齿轮的结构优化和参数分析

首先简要介绍了磁场调制式同心齿轮的原理,在此基础上提出一种外转子改进型磁力齿轮拓扑结构,对其外转子磁力线和气隙磁密进行分析。用电磁分析软件建立磁力齿轮的有限元计算模型,改变调磁环铁心宽度及外转子永磁体的宽度和高度等参数,分别计算最大静态转矩,得到其与结构参数的关系。静态转矩随结构参数均呈先增大后减小的变化,表明选择合理的结构参数才能优化器件的性能,为磁力齿轮的设计提供了有益参考。     

高转矩密度的聚磁Halbach少极差磁齿轮设计与优化

少极差磁齿轮具有无接触无磨损、转矩密度高、传动比高等优点,有望在工业应用领域替代现有机械减速箱,实现高可靠高寿命传动。在传统表贴式少极差磁齿轮结构的基础上,为提高转矩密度同时便于磁钢安装,提出聚磁Halbach少极差磁齿轮,通过有限元分析软件,采用双控制变量法分析了新型拓扑的各结构参数与输出转矩的关系,根据分析结果对初始设计方案进行了优化。结果表明,在总体积不变的条件下,优化后聚磁Halbach少极差磁齿轮静态扭矩较优化前提高了44%,可以达到875 N·m,静态转矩密度达310 kN·m/m~3,相比表贴式结构,转矩密度提高了72%。