表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。     

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。     

基于响应面法的定子永磁型轴向磁通切换电机齿槽转矩优化设计

针对聚磁反应造成定子永磁型轴向磁通切换电机(SPAFFSPM)的齿槽转矩偏大、噪声大等问题。以减小定子永磁型轴向磁通切换型电机的齿槽转矩,提高电机的输出性能为目标,利用能量摄动法推导出电机的齿槽转矩解析表达式,分析影响齿槽转矩的定转子结构参数。基于响应面法与有限元法构造出定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数与齿槽转矩之间的响应面数学模型,推导出使齿槽转矩最小的定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数最优组合。最后建立优化前后电机三维有限元分析模型,搭建样机的实验平台,验证优化方法的合理性及准确性。结果表明,优化后的电机齿槽转矩减小约82.5%,且电机的输出性能得到明显提高。     

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。     

表面-内嵌式电机永磁体设计及特性分析

针对表面式永磁电机具有弱磁调速范围小,功率密度低;内嵌式永磁电机存在转矩脉动大,漏磁凸出缺陷,本文提出一种新型表面-内嵌永磁转子同步电机新结构.在满足永磁同步电机的性能达到最优的条件下,建立电机的有限元模型,分析了改变永磁体的极弧系数和磁化方向的等方式对电机转矩波动、效率、功率因数等性能的影响,比较分析得出比较合理永磁体情况下的新型混合式永磁同步电机模型.     

新型Halbach阵列永磁游标电机结构优化设计

为提高永磁游标电机(PMVM)的输出转矩，发挥Halbach永磁体阵列的聚磁优势，提出转子侧Halbach阵列永磁体游标电机。采用解析分析法和有限元法，对比分析PMVM和Halbach永磁体阵列A型结构永磁游标电机(HPMVMA),结果显示采用Halbach永磁体阵列后提高了电机的空载反电势和输出转矩，减少了永磁体用量，但也带来了电机转矩脉动的增加。因此，在HPMVMA调制齿之间加入永磁体，构成新型Halbach永磁体阵列B型结构永磁游标电机(HPMVMB),对HPMVMB进行了永磁体、调制齿、定子齿宽等结构参数的优化，经过运行性能和经济指标对比分析，结果表明，与HPMVMA相比，HPMVMB永磁体用量增加20%的情况下，永磁体利用率和电机转矩密度分别提高了40.8%和69.01%,而转矩脉动下降了11.74%。通过有限元仿真验证了电机理论的有效性，并为游标电机的设计与优化提供了一定思路。     

分数槽永磁无刷直流同步电机特性分析

分数槽永磁无刷直流同步电机是一种具有高功率密度、良好调速性能的永磁同步电机。建立了一种分数槽永磁无刷直流同步电机的有限元模型,分析了极弧系数和永磁体偏心距对齿槽转矩和转矩波动的影响,并研究了在电压源供电模式和电流源供电模式下电机转矩的波动状况。结果表明,合理的极弧系数和永磁体偏心距能使电机的齿槽转矩和转矩波动明显削弱,并且电流源供电模式下电机的运行特性较好。     

定子永磁型混合式步进电机结构及性能分析

定子永磁型混合式步进电机是一种新型结构的混合式步进电机,相比传统转子永磁型混合式步进电机具有一系列结构及性能优点。为分析电机结构对电磁性能的影响,提出3种电机拓扑结构并建立了解析模型,计算对比不同拓扑结构电机的电磁特性,包括电感特性、磁链特性、反电动势特性和转矩特性。推导磁阻转矩、齿槽转矩和脉动转矩的解析表达式,分析负载变化及定子永磁磁路不对称对转矩脉动的影响。采用有限元法对解析模型进行验证,结果表明,所建立的解析模型能够体现结构参数和电机性能之间的关系,计算速度快且通用性强,特别适合于该类电机的初始设计分析和性能比较研究。     

永磁体分层对内置铁氧体永磁同步电机机电性能影响

为了增大内置式永磁同步电机(IPMSM)磁阻转矩以提升电机的转矩密度,研究了内置铁氧体永磁同步电机转子中不同永磁体分层对电机电磁性能和机械性能的影响。采取相同定子结构以及同等用量铁氧体分别设计和优化3个不同永磁体层数的V型槽内置铁氧体永磁电机。在相同的工作电流下通过单位电流最大转矩的控制方式比较不同永磁体层数下电机的转矩脉动、平均输出转矩及其永磁转矩和磁阻转矩比例。研究分析了铁氧体分层对于电机退磁情况和应力分布的影响。结果表明对于内置铁氧体永磁电机进行永磁体分层可以有效增加磁阻转矩并提升总输出转矩。     

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。     

基于辅助槽的切向永磁电机齿槽转矩削弱方法

为削弱永磁同步电机齿槽转矩,提高电机性能,采用了开设转子内部辅助槽的方法。通过能量法分析齿槽转矩的产生原理,探讨了转子内部辅助槽对电机齿槽转矩的影响;利用有限元软件建立8极36槽内置切向式永磁同步电机模型,并基于该模型对辅助槽的形状、各项参数进行分析,采用变步长搜索法得到最优参数,最终得到辅助槽的最佳设计方案。结果表明:在转子内部开设偏心圆形辅助槽,能够有效削弱齿槽转矩,使齿槽转矩峰值降低了57.2%;能够增加气隙磁密基波幅值,减少谐波分量,2、6、8次谐波幅值明显下降;电机感应电动势谐波含量减少,电机性能得到提升。     

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。     

定子槽口系数对永磁无刷直流电动机转矩波动的影响

转矩波动是永磁无刷直流电动机产生振动和噪声的主要原因。引起永磁无刷直流电动机转矩波动的原因主要有齿槽效应转矩、电动势波形的缺陷及换相转矩波动等。主要分析了槽口系数对转矩波动的影响,以永磁无刷直流电动机为例,利用有限元分析了整数槽和分数槽电机定子槽口系数变化对齿槽转矩的影响及槽口系数变化对气隙磁密及谐波的影响;最后计算改变槽口系数对电机主要性能的影响。     

基于磁极分块与转子开槽削弱永磁电机齿槽转矩

为了提高6极72槽永磁直驱风力发电机的运行性能,提出了磁极分块与转子开槽相结合削弱齿槽转矩的方法。根据齿槽转矩的解析式和叠加原理,分析得出磁极分块和转子开辅助槽对削弱齿槽转矩的有效性。基于Maxwell有限元软件分别研究了永磁体的磁极分块、转子开槽对齿槽转矩的影响,给出了最佳的磁极分块数和磁极间隔以及转子辅助槽槽深和开槽位置。通过对比分析优化前后的电机仿真结果可知,该方法使电机的齿槽转矩得到了显著的削弱,同时电机的其他性能符合技术要求。     

直接驱动环形永磁力矩电机低速齿槽转矩脉动补偿研究

对于要求在低速下能够平稳运行的高精度直接驱动数控转台用环形永磁力矩电机伺服系统,它的定位精度主要受到以齿槽转矩为主的扰动力矩的影响。通过构建一个齿槽转矩观测器来动态补偿齿槽转矩,抑制了由于齿槽转矩引起的速度波动,从而减小了对电机低速性能的影响。仿真结果表明该方法有效提高了速度环的抗干扰能力和系统的低速精度。     

对称转子辅助槽对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响

为减小内置式双层永磁体结构永磁同步电机齿槽转矩,研究了关于转子开辅助槽的方法。首先从理论上分析了齿槽转矩的产生机理,指出了转子开辅助槽降低齿槽转矩的可行性。然后运用有限元分析的方法,建立了8极48槽内置式V一型永磁同步电机仿真模型,并在转子表面关于永磁体中心线开设对称半圆形辅助槽,分析了辅助槽位置、半径,及单变量参数化顺序对齿槽转矩的影响。最后对比分析开槽前后电机的性能参数,结果表明,合理开设转子辅助槽可有效地降低齿槽转矩并保证电机其他性能基本不变。     

Comparison of vibration sources between symmetric and asymmetricHDD spindle motors with rotor eccentricity

The permanent-magnet motor is often the most important element in hard disk drive (HDD) spindles and is also a frequent source of vibration and acoustic noise. Eccentricity between the stator and rotor is inevitably introduced during the manufacturing process, and includes mass unbalance, shaft bow and bearing tolerances. This paper analytically discusses the effects of rotor eccentricity on motor performance for symmetric and asymmetric motors, such as local traction, unbalanced force, cogging torque, back electromotive force (EMF), phase current and torque ripple. An asymmetric motor, mostly chosen to reduce the cogging torque, shows a worse effect on cogging torque and unbalanced force when the eccentricity exists. It also adversely affects the flux linkage and introduces variation of the phase back EMF depending on winding and rotating eccentricity, thus yielding increased mutual torque ripple     

车用轮毂式永磁无刷直流电动机的设计

对轮毂式永磁无刷直流电机的拓扑结构和运行原理进行了研究,给出了一种分数槽电机选取极数和槽数配合减小自定位转矩的一般方法;为进一步提高电机内部空间利用率和电机效率,提出了一种双层短距的绕组连接方式。其次,对二维场路耦合时步有限元法理论进行了阐述,并使用该方法对样机进行了分析,给出了计算仿真结果。最后,通过试验验证了对样机的设计和分析。     

永磁同步电动机定位转矩对起动性能的影响

进行了异步起动永磁同步电动机的二维瞬态电磁场计算,分析了齿槽定位转矩对电动机起动过程的影响,计算结果表明,齿槽定位转矩不仅可以引起转矩波动、加大转速的超调、延长电机起动的震荡时间,严重时还会导致电机牵入同步失败。在此基础上,研究了提高齿槽转矩谐波次数以减小齿槽转矩的方法。