超声波电动机自动优化设计研究

超声波电动机的优化设计包含振动模态优化,激励方式或区域设定,电机结构、尺寸优化等等,以满足电机工作需求并改善其输出性能.介绍了一种基于MATLAB和ANSYS的自动优化方法,即利用MATLAB运行优化算法,建立APDL参数化分析模型,并反复调用ANSYS分析对超声波电动机进行自动优化.文中以矩形板超声波电动机的驱动足优化为例,给出了驱动足的位置设定和形状优化过程,并对MATLAB与ANSYS程序之间的调用、接口及数据交互方面做了详细说明.     

磁悬浮开关磁阻电机运行机理与仿真设计

磁悬浮开关磁阻电机集磁性悬浮与转矩驱动于一体,同时具有磁轴承与开关磁阻电机的优点,在悬浮驱动领域具有较好的发展前景.根据磁悬浮开关磁阻电机结构与运行机理,通过研究各种参数对电机运行性能的影响,使用RMxprt软件中提供的优化模块Optimization,对1.5 kW磁悬浮开关磁阻电机的结构参数做出优化设计,并根据优化结果制造出模型样机.样机符合设计要求,具有较好的运行和控制性能.     

减小开关磁阻电机转矩脉动、噪声和振动方法研究综述

开关磁阻电机的主要缺点是运行时有转矩脉动,噪声和振动比较大;性能改善一般从电机本体结构优化和控制优化两个方面进行.主要从电机结构尺寸和参数优化设计方面,阐述近年各种减小开关磁阻电机转矩脉动和噪声及降低振动的方法.     

永磁同步电机电磁振动噪声优化方法研究

分析了永磁同步电机电磁振动噪声原理，计算了一台4极/6槽内置式永磁同步电机多转速下的电磁振动噪声，并通过二维傅里叶分解分析其径向电磁力谐波分量。提出一种新型定转子结构，建立以噪声和转矩脉动为目标的多目标优化数学模型，并采用响应面算法确定最优的设计参数。对优化前后电机的电磁振动噪声进行了仿真对比。结果显示，电机结构优化后，转速3 500 r/min运行时电磁振动噪声减小较为明显，从62.02 dB削弱至53.53 dB;平均转矩基本无变化，转矩脉动有所减小；多转速运行时，电机振动噪声整体性能亦得到改善，验证了该结构优化对电机电磁振动噪声有较为明显的抑制作用。     

基于改进距离权重双电枢绕组电励磁变磁阻电机多目标优化研究

双电枢绕组电励磁变磁阻电机结构简单且适合在极端环境中运行。针对该电机结构参数变量多，非线性特征明显，常规方法难以快速准确反映结构参数与多优化目标之间的关系等问题，提出一种基于改进距离权重的快速回归建模和多目标遗传算法相融合的结构优化方案。首先，依据磁场调制理论和绕组函数理论推导电机空载反电势和相绕组自、互感模型，并对优化目标进行定性分析；其次，采用缩减样本空间的综合敏感度分析方法，筛选出高敏感度结构参数，并基于改进距离权重的机器学习算法建立电机模型，映射高敏感度参数与多优化目标之间的非线性关系；然后以电机容错性能、电压波动和振动为优化目标，采用多目标遗传算法在设定约束条件下进行结构参数全局寻优。优化结果表明，所选的优化参数能够抑制12%的电机径向力波并在故障时减缓电机25%的相电流；最后，通过样机实验验证了方法的有效性与可行性。     

行波超声电机振动模态非线性滑模观测器与协调控制

针对具有非线性、参数时变性的行波超声电机(TWUSM)运行中,两相振动模态直接关联电机运行性能却不易直接测量的问题,提出一种具有鲁棒性的非线性振动模态滑模观测器设计方法以及针对振动模态的控制优化方法.首先,分析了振动模态及其合成行波对输出转矩性能的影响;其次,根据可测的电流和电压信号,通过对振动模态一阶导数的估计,建立了振动模态的非线性滑模观测器,并给出了稳定性和鲁棒性的证明;再次,基于所提出的振动模态观测器,提出一种针对TWUSM全桥驱动器两相振动模态的协调控制方法,以实现两相振动模态的等幅正交从而优化电机驱动性能.最后通过仿真和实验对所提出的振动模态非线性滑模观测器以及协调控制方法进行了验证.结果表明,所提出的非线性滑模观测器能够对不易测量的振动模态实现准确地观测且不受参数变化影响;对两相振动模态的协调控制能够有效减小转矩脉动,改善电机的驱动性能.     

液体媒质超声波电机运行特性的实验研究与分析

该文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机，其转子浸于液体之中，不与定子直接接触，有效地克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间连续工作等缺点，是超声波电机领域的一个新的研究方向。结合液体媒质超声波电机的基本结构及运行机理，文中阐述了电机运行过程中将超声振动所产生的能量通过液体传递给转子，从而驱动转子旋转这一能量传递的基本过程，揭示了液体中的雷诺剪切应力是电机声流场的驱动力。然后，用实验测定了电机转速与驱动频率、驱动电压、液体粘性、液位高度和转子半径之间的关系。并对实验结果进行了比较分析，且在此基础上结合本电机的运行机理以及驱动控制系统、液体环境和转子半径等因素对电机转速的影响，对液体媒质超声波电机的运行条件进行了优化分析。     

液体媒质超声波电机特性与饱和流速的研究

与一般超声波电机依靠定转子之间的摩擦来传递能量不同，非接触型超声波电机的定转子不直接接触，克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间工作等缺点，是超声波电机领域的一个新的研究方向。该文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机，其转子浸于液体之中，不与定子直接接触，定子振动所产生的能量，通过液体传递给转子，从而驱动电机旋转。文章给出了电机的结构及工作原理，并且简要介绍了电机驱动电路的实现。该文实验验证了电机的基本运行特性，测定了电机转速、驱动频率和驱动电压之间的关系。实验中发现，在一定范围内，电机中液体旋转速度随定子振动速度的增大而增大，而当电机定子圆环振动速度超过某一特定值后，电机中液体的转速出现了饱和流速现象。文章中对液体饱和流速问题进行了理论分析，证明了液体中声场的非线性是导致饱和流速的主要因素，并通过实验测出了饱和流速与液面高度、液体浓度和非线性参数之间的关系，实验结果与理论分析结果一致。     

车用驱动电机损耗温升分析与多目标优化

基于微型厢式货车用驱动电机的运行工况建立其各类损耗的分析模型,结合有限元软件对电机铜耗、铁心损耗、永磁体涡流损耗等进行计算,并进一步得到机壳水冷散热结构下的电机温度分布;计算结果与实验结果较吻合,验证了电机损耗与温升求解过程的准确性。应用智能优化算法对电机电磁与水道结构中的多个参数进行磁热耦合多目标优化,优化后的电机整体模型与初始方案相比,综合性能得到有效提高。     

二相四绕组小容量无刷直流电动机稳态运行的分析模型

二相四绕组小容量无刷直流电动机，由于驱动电路结构简单，运行可靠和成本低，因而运用于大批量应用的场合。首次为这类电动机系统建立了较为精确的稳态分析模型，它考虑了旋转电压的实际波形和驱动电路的实际结构及某些参数，能真实反映电机的参数对运行性能的影向，为研究。设计和优化等问题提供了基础，对电流波形和机械特性等进行仿真计算和实验校核，验证了该模型的正确性。     

电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究

电动汽车用永磁同步电机的电磁振动噪声水平直接影响着电动汽车的NVH性能。基于理论分析与Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台电动汽车驱动用永磁同步电机的电磁噪声特性,并进行优化分析。电机的电磁噪声主要来源于电机定子齿部的电磁激振力,不同转子结构会对磁场产生不同的影响,通过优化转子隔磁桥结构进而改变电机定子齿部的电磁激振力,降低电机的振动噪声。分别建立优化前后电机的电磁场有限元模型,仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力;建立优化前后电机结构3D有限元模型,计算电机结构的径向模态频率;通过对电机定子结构的振动响应进行有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱。最后,通过ANSYS Acoustics有限元仿真分析得到电机电磁噪声特性。通过对比优化前后的结果可知,优化后的电机在保证电磁性能的前提下有效降低了电机的振动噪声,并通过实验验证了仿真结果的有效性。     

储能驱动用双转子感应电机结构参数分析

储能驱动用双转子感应电机可利用主动转子惯量进行储能,通过主动转子与从动转子之间的电磁耦合,完成主动转子机械能到从动转子机械能的直接传递,实现惯性负载的瞬时加速。本文介绍了双转子感应电机的特殊结构和运行原理,利用有限元法分析了这种新型电机的励磁极数、励磁线圈匝数、从动转子形式等关键结构参数与电机瞬时输出转矩、输出功率等性能之间的关系,为双转子感应电机的瞬态性能优化提供了理论依据。最后,基于分析结果设计了一台工程样机并进行了实验,验证了理论分析的正确性。     

超声波电机定转子接触的摩擦传动模型及其实验研究

超声波电机是一种利用超声振动和摩擦力为驱动源的新原理电机。对行波型超声波电机定子转子之间的磨擦传动动模型进行了深入研究。在分析过程中,考虑了定转子之间的粘滑特性,获得了行波型超声波电机特性与结构参数之间关系的解析表达式,为电机的设计和制造提出理论依据。     

螺旋叶片转子超声电机运动特性分析与测试

为了提高超声电机的疲劳寿命及驱动能力,提出一种利用郎之万振子纵向振动与螺旋形叶片转子相结合构造的旋转型超声波电机结构,从转子叶片受振动端面的纵向振动作用出发,分析了叶片接触点的运动轨迹方程,并对该电机的驱动机理及转子运动特性进行了理论分析,得到了电机驱动力、驱动力矩、瞬时转速与平均转速与电机参数之间的关系;制作试验样机并进行了实验测试,获得了振子端面振幅、预紧力与电机空载转速、扭矩之间的关系;当驱动电压为220 V,振子端面振幅为11.15·m;预紧力为150 N时,最大空载转速为147 r/min;预紧力为250 N时,扭矩最大为225 N·mm。     

一种新型行波超声波电动机的研究

介绍了一种新型行波驱动超声波电动机，它不同于以往超声波电动机定转子之间动态过程中为点接触的结构形式，采用了线接触的新型结构。运用振动理论推导了电机驱动原理，并用ANSYS软件建立了电机定子有限元模型，分析了电机定子各项参数对其动态特性的影响，通过实验得到了该电机的动态特性。     

车用永磁同步电机的不同转子拓扑结构性能对比及振动噪声分析

为了能够研究不同转子拓扑结构对新能源汽车驱动电机的输出能力和振动噪声性能影响,在保证电机尺寸和定子结构参数一致,磁钢用量接近的前提下,通过多目标优化设计四款转子拓扑结构,使电机具有相同的输出能力。通过有限元仿真分析,对四款电机的输出性能、弱磁率、凸极率、电磁力密度和振动噪声进行对比分析。     

基于结构参数分级优化的电机电磁噪声抑制

通过优化结构参数以抑制车用驱动电机电磁噪声的关键问题在于不降低电机输出性能时,如何对繁多的结构参数进行有序、高效和有效的优化.对此,以影响电磁噪声与输出性能的径向电磁力与电磁转矩模型为优化目标,通过基于多项式拟合的关键系数对结构参数进行敏感性分析、筛选与分级.在此基础上综合多目标遗传算法、响应面法以及下降单纯形法对结构参数进行分级优化并对优化结果的全局性进行验证.在相同优化环境下,优化的效果、效率与方法适应性相较于单级优化均有所改善.结构声学仿真表明,分级优化后电磁噪声强度得到抑制且声品质得以改善.     

十字叠层压电定子双面驱动的平面电机

旨在提升电机性能及推动电机微型化发展,提出了一种新型十字叠层压电定子双面驱动的平面电机,利用面外、面内弯振耦合形成的椭圆轨迹推动动子精密移动;首先探讨了质点椭圆运动轨迹的形成条件并论述了电机的运行机理;然后基于灵敏度分析确定结构参数优化变量并对定子进行优化,简并了工作模态频率且使其分别为43252Hz、43258Hz、43289Hz;最后利用Ansys对定子进行仿真计算,验证了定子设计的合理性和可行性,且仿真表明在激励电压为250V、频率43300Hz时,定子驱动足各向最大振动位移均达到了1.5μm,动子的运动速度达到了46mm/s。     

基于多目标遗传算法的电机噪声优化

基于J-MAG软件建立了多目标优化有限元模型,将定转子冲片拓扑结构中影响电机性能的关键尺寸、位置进行参数化;采用软件内嵌的遗传优化算法,进行了电机单目标性能的优化,将转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩作为本次电机优化的目标函数;分析了不同性能指标之间的关联性。通过各指标加权,综合考虑转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩对电机振动噪声性能的影响,得出最优的设计方案;通过对比实验,验证了该优化方案的有效性。     

车用电机定子振动特性的影响因素分析及优化

以某电动车驱动用无刷直流电机为研究对象,在ANSYS中通过APDL语言建立了基于铁心内径、铁心外径等参数的定子结构参数化模型,通过模态仿真和计算,得到了相应的模态阵型及振动特性,同时为了获得电机的实际振动特性,在电机NVH测试台架上进行了电机声振测试,试验结果和仿真结果相符,验证了模型的正确性。进而对影响振动特性的因素进行灵敏度分析,以此为依据对定子进行了优化设计。优化后电机定子总成的模态频率整体上有了大幅度的升高,降低了电磁噪声频带范围内的模态密度,振动噪声特性得以改善,且定子体积与质量均减小,达到轻量化目的。