分段偏心磁极表贴式永磁电机优化设计

对一种磁极分段外圆弧偏心结构的表贴式永磁同步电机进行了优化设计,该种电机每段磁极内外圆弧具有不同的圆心。通过有限元分析,验证了新型磁极结构的优点。比较了不同偏心距和极弧系数下电机气隙磁密、齿槽转矩和反电动势波形,通过对偏心距和极弧系数的优化,可以有效降低气隙磁密谐波,减少反电动势谐波,抑制转矩脉动。该种磁极结构可以减少电机永磁材料用量和提高电机电磁性能。     

基于等宽极厚调制的永磁电机优化设计

表贴式永磁同步电机气隙磁密谐波含量高,导致电机空载反电动势正弦度差,影响电机转矩脉动;齿槽转矩是永磁同步到电机固有属性,会使电机在运行过程中产生转矩脉动和噪声;针对以上问题,提出采用分块磁极等宽极厚正弦调制的方法优化永磁同步电机气隙磁密和齿槽转矩。使用有限元进行仿真分析,验证了该方法的正确性,表明该方法能有效抑制永磁同步电机气隙磁密谐波分量,在一定极弧系数范围内对齿槽转矩抑制具有较好的效果,同时在不降低电机平均输出转矩的情况下减小电机转矩脉动。     

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。     

表贴式永磁电机偏心削极技术的优化方法

偏心削极是表贴式永磁电机常用的削极方式,可以用来优化电机的气隙磁场正弦度,改善电机性能。由于偏心削极没有唯一解,本文针对偏心削极的寻优问题,提出了通过改变削极厚度和极弧系数对偏心削极寻优的方法。采用有限元法对偏心削极的优化效果进行寻优,将削极厚度和极弧系数作为两个变量,分析对比每种偏心磁极的气隙磁密波形以及气隙磁密谐波畸变率。选取其中谐波畸变率最小的削极厚度和极弧系数参数组合作为最优解,此时气隙磁场正弦度最优,达到了改善永磁电机性能的目的。     

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。     

永磁同步电机转子磁极优化技术综述

永磁同步电机的电磁转矩、转矩波动、电磁振动与噪声等电机性能与气隙磁密波形密切相关。减小气隙磁密中的谐波含量能够有效地削弱齿槽转矩、抑制转矩脉动,减小电机振动,提升电机的整体性能。对表贴式和内置式永磁同步电机来说,可以分别通过优化永磁体形状和转子表面铁心形状(统称为转子磁极优化技术)来减小气隙磁密中的谐波含量。该文回顾并总结了近年来国内外学者在永磁同步电机转子磁极优化技术方面所进行的研究工作,将不同的转子磁极优化技术进行归类,比较其优缺点。最后探讨了转子磁极优化技术尚存在的一些问题和未来发展的主要方向。     

磁极削角表贴式永磁电机解析法建模与分析

通过对磁极削角来降低永磁电机的齿槽转矩,优化永磁磁极形状改变气隙磁密的分布,是一种减小齿槽转矩的常见方法。国内外文献大多都是基于有限元法对变量进行参数扫描,对永磁体如何削角以及削角尺寸的确定方法上解释还比较模糊,尚未解释如何确定最优削角位置。采用解析法,建立磁极削角的解析模型,利用卡特系数对定子有齿尖结构的磁路进行分析,计算了表贴式永磁电机的气隙磁密、反电动势以及齿槽转矩等参数。给出一种最优削角尺寸定量分析的方法,得出齿槽峰值转矩与削角尺寸的变化关系,使获得的齿槽转矩峰值极小。利用有限元法对建立的解析模型进行了验证。     

设计参数对直驱永磁同步电机运行平稳性的影响

为改善直驱顶驱永磁同步电机低速运行时的平稳性,对永磁电机磁极进行了优化设计。对比分析了两种极弧系数与偏心距的组合方案,绘制出极弧系数、偏心距与齿槽转矩、气隙磁密之间的关系曲线;定量分析了齿槽转矩、气隙磁密和谐波畸变率,并得到最优解。经验证,采用合理的磁极极弧系数以及偏心距是改善直驱永磁同步电机空载运行平稳性的有效方法。     

弓形磁极永磁电机谐波削极技术的优化研究

为实现电机高功率密度和低转矩脉动的双重设计目标,该文在考虑永磁体相对磁导率、定子开槽、极间漏磁、磁极边缘效应以及磁路饱和对气隙磁密的影响基础上,建立平行充磁弓形磁极三次谐波削极修正解析模型。然后通过有限元,对比不同磁极电机的电磁性能。结果显示,修正谐波削极电机的平均转矩较简化正弦削极、修正正弦削极电机和简化谐波削极电机均有一定程度的提高,同时转矩脉动低于简化正弦削极和简化三次谐波削极电机,证明修正模型的优越性。最后通过实验验证修正模型的准确性。     

惯性动量轮电机磁极结构对转矩脉动的影响

驱动电机的转矩脉动是影响惯性动量飞轮输出力矩精度和稳定性的主要因素之一。该文针对无刷直流电机结构,推导了电机气隙磁密与反电势和转矩脉动的关系,分析了电机反电势波形对转矩脉动的影响,并用有限元方法对电机磁极不同充磁方式、极对数和极弧系数下的气隙磁密波形及转矩脉动的影响进行了仿真,通过实验得到了电机反电势波形并计算得到转矩脉动系数,验证了仿真结果的正确性。     

永磁无刷直流电动机结构对转矩脉动的影响

转矩脉动是影响永磁无刷直流电动机输出力矩稳定性和精度的主要因素之一。针对永磁无刷直流电动机结构,推导了其气隙磁密与反电势和转矩脉动的关系,分析了反电势波形对转矩脉动的影响,采用Ansys对电机永磁体的不同充磁方式和不同极弧系数条件下的气隙磁密和转矩脉动进行了仿真,得到了电机反电势波形并计算得到转矩脉动系数,对于无刷直流电动机的电磁设计具有较好的指导意义。     

一种新型弧形磁场调制永磁电机的设计与分析

弧形永磁电机广泛应用于特种制造、机械臂、雷达系统、天文望远镜等需要在特定角位移内往复运行的高精度场合,弧形永磁电机的转矩波动与转矩密度往往决定着整个系统的成败。为了在不牺牲转矩密度的同时降低转矩波动,提出一种新型弧形磁场调制永磁电机拓扑结构。针对这种新型结构,首先介绍了其运行原理及优化设计方法,并与传统的弧形永磁电机进行了性能对比。结果表明,文中提出的新型弧形磁场调制电机转矩密度更高、转矩波动更小,同时结构复杂度基本不增加,因此在下一代高精度运行场合中应用前景良好。     

基于Taguchi-PSO的永磁同步发电机空载气隙磁密波形优化

以某款增程器用48 V永磁同步发电机(PMSG)的空载气隙磁密波形畸变率为优化目标,永磁体极弧系数、气隙长度、磁钢厚度、磁极偏心距为变量,磁钢质量和电机效率为评价参考指标,利用RMxprt参数化扫描功能和Taguchi方法建立正交试验矩阵,ANSYS Maxwell二维有限元仿真分析得到数据样本。通过傅里叶模型拟合样本数据,构造适应度函数。最后,采用粒子群算法(PSO)进行寻优,得到了一组最优的磁钢参数并进行有限元验证。结果表明,采用Taguchi-PSO方法,使空载气隙磁密波形得到了较大改善,并减少了磁钢用量。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

减小转矩波动的内置式永磁同步电机空气隔磁槽优化设计

内置式永磁同步电机转矩波动的存在影响电机系统的控制精度,因此如何减小电机转矩波动一直是研究热点。针对具有隔磁桥结构的内置式永磁同步电机,本文提出了一种减小内置式永磁电机转矩波动的空气隔磁槽优化设计方法,即以降低电机转矩波动为优化目标,以空气隔磁槽结构几何参数为优化变量,基于Taguchi法实现了内置式永磁同步电机低转矩波动设计。在此基础上,对优化前后电机空载和额定负载工况进行了有限元仿真对比分析。结果表明,所提出方法可以在保持额定输出转矩不变的前提下有效降低电机空载齿槽转矩和负载转矩波动,提高电机的性能。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

大功率永磁辅助同步磁阻牵引电机磁极优化

永磁牵引系统是下一代轨道交通的发展方向,但高速惰行、带速重投和匝间短路等难题阻碍了永磁牵引的应用,永磁辅助同步磁阻电机是解决上述难题的最佳选择。总结了永磁辅助同步磁阻电机的设计方法,设计了3层U型磁障大功率牵引驱动电机,给出了各层磁障对应的极弧系数和磁障张角以及永磁体最佳尺寸比。提出用偏心气隙结合不均匀磁桥对磁极结构进行优化。发现气隙比为1.63时,抑制转矩脉动的效果最佳;而不均匀磁桥不仅可以降低转矩脉动,还使转子的机械强度得到提高。对所设计的380 kW永磁辅助同步磁阻牵引电机的分析表明,所提出的方法可有效地降低转矩脉动。     

新能源汽车用永磁辅助同步磁阻电机噪声及续航优化研究

永磁辅助同步磁阻电机具有高转矩/功率密度、高效率区间、高转速、低反电动势、低成本等优势,在新能源领域特别是乘用车驱动系统中得到越来越广泛的应用。但该类电机凸极率大、波形畸变大、转矩脉动大,易导致电机振动噪声及效率低下,进而导致整车振动噪声及续航不足等问题。通过增加转子隔磁孔,改变磁路走向的方式,降低了电机全转速段转矩脉动和对应负载气隙感应电动势波形总谐波畸变(THD)。对电机优化前后径向电磁力及谐响应进行仿真对比分析,并通过试验验证了该优化方法的有效性。     

永磁同步直线电机建模及混沌搜索优化设计

建立了永磁同步直线电机的电磁场有限元物理模型,以此对气隙磁密波形畸变率进行了深入的分析。通过电机参数样本空间设计,利用正交试验设计方法进行非线性回归建模分析,给出了气隙磁密波形正弦度可行的电磁方案。基于混沌搜索理论和适应函数对永磁同步直线电机结构参数进行优化。仿真结果表明,在此结构参数基础上,电机磁极偏移后其三相反电势依然有较好的对称性,为永磁同步直线电机及其他的电磁工程设计提供了一种新的思路。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。