基于试验设计方法的无刷直流电机结构优化设计

齿槽转矩是永磁电机的固有现象,造成电机转矩脉动,影响电机的在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。本文利用响应面法对无刷直流电机的结构进行优化,抑制其齿槽转矩,从而提高控制系统性能。以一台4极6槽无刷直流电机作为研究对象,采用试验设计方法筛选电机各结构参数,得到电机齿槽转矩与主要结构参数之间的数学模型,计算出可使齿槽转矩最小的结构参数最优组合,并通过有限元方法验证计算结果的正确性。实验结果表明,优化后的无刷直流电机的齿槽转矩有效减少了90%,试验设计方法是可以迅速求得全局最优解的有效的电机优化方法。     

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析

Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点,将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上,给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型,通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明;使用该模型分析每极两块(1P2p)、每极三块(1P3p)Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响,对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明,合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩,当永磁体厚度增加时,Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。     

人工心脏用永磁无刷电机的齿槽转矩的削弱设计和数值研究

本文针对自制的无轴承人工心脏用永磁无刷直流电机,提出了一种齿槽转矩的削弱设计,通过在分数槽定子结构中开辅助凹槽以降低齿槽转矩。应用有限元分析方法研究凹槽的形状、槽数及槽深对齿槽转矩的影响,并对每种结构电机的齿槽转矩进行FFT分析对比。结果表明,定子齿开两个槽深0.5 mm的弧形槽可以使齿槽转矩减小一倍,提高电机稳定性,有助于提高人工心脏的血液相容性,而且加工方便,易于实现。     

分段斜极EPS电机齿槽转矩的研究

文章介绍了目前电动助力转向永磁无刷直流电机降低齿槽转矩的方法,根据分段斜极电机齿槽转矩的计算公式,建立电机转子分段斜极等效2D有限元模型,代替3D模型。计算和分析电机的齿槽转矩,对比了转子分段斜极和直极电机的齿槽转矩,通过试验和仿真的对比,验证方法的可行性。并对电机分块定子结构进行FFT分析,得出电机齿槽转矩离散性大的主要因素。     

永磁无刷直流电机负载磁场及其电磁转矩的计算

该文在考虑齿槽影响的前提下，建立了永磁无刷电机电枢反应磁场的解析计算模型，求出永磁电机相绕组的自感和互感。在对水磁无刷直流电机空载气隙磁场和空载相绕组反电动势求解的基础上，结合永磁无刷直流电机主电路的拓扑结构，构造出电机绕组的场路耦合模型，由此计算出电机相绕组电流变化波形。在考虑齿槽影响情况下，计算出永磁电机在任意时刻的电枢反应磁场和负载气隙磁场，进而计算出永磁无刷直流电机产生的瞬时电磁转矩，以便定量分析永磁无刷电机的电磁转短被动和绕组换相引起的转矩被动，为分析永磁无刷直流电机的工作特性和振动噪声提供了可靠的依据。     

减小齿槽转矩的永磁电动机槽口优化设计

齿槽转矩是永磁电机最重要的参数之一,它的存在会造成电机的转矩波动、振动和噪声。采用一种简单的转矩计算模型,即一个磁极中心经过一个槽口所产生的齿槽拉力波形的移相叠加来近似整个永磁电机的齿槽转矩;利用此模型对永磁电机槽口进行优化设计,使得齿槽转矩通过叠加抵消达到最小化;最后用有限元分析法设计了一台面贴式永磁无刷电动机,对该模型进行了验证。     

减少齿槽转矩的无刷直流电机优化设计

永磁无刷直流电机在各种伺服、驱动系统中应用日益广泛,然而其固有的齿槽转矩引起电机的振动和噪声,并影响到控制的精度。对于永磁无刷直流电机来说,影响齿槽转矩大小的有多种因素,本文对一台永磁无刷直流电机通过选择分数槽绕组,合适的槽极配合及优化极弧系数等方法进行优化设计,优化设计后,齿槽转矩的幅值为原方案的1%左右。结果表明,选择分数槽绕组,合理选取极弧系数和极槽配合,是抑制齿槽转矩比较有效、实用的方法。     

优化磁极形状和极弧系数的分数槽无刷直流电机齿槽转矩削弱方法

永磁电机的永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起电机的振动和噪声。针对一台9槽10极无刷直流电机展开分析,通过能量法和傅里叶分解法得到其齿槽转矩的表达式,并采用有限元分析方法分析了两种常用磁极形状对该电机齿槽转矩的影响。此外,通过分析极弧系数对电机齿槽转矩的影响,得出分数槽永磁电机齿槽转矩随极弧系数的变化规律。在此基础上,提出了一种电机最小齿槽转矩极弧系数确定方法,并分析改变极弧系数对电机其它参数的影响,从而验证了所提方法的有效性。     

内嵌式不等气隙永磁无刷直流电机优化设计

<正>弦波驱动的永磁无刷直流电机对齿槽转矩和反电势谐波含量通常有较高的要求,可采用多种方式进行削弱。本文针对批量生产要求,定子采用直槽叠装工艺,转子采用"一"字型内嵌结构,通过采取不等气隙的设计,达到降低齿槽转矩和反电势谐波含量的目的,最大程度节约材料成本。描述了一款1500W,10极12槽内嵌式永磁无刷直流电机优化设计过程。通过对样机测试表明,电机的齿槽转矩和反电势谐波含量较低,达到设计要求。     

近似极槽无刷直流电动机降低齿槽转矩方法分析

齿槽转矩的最小化一直是永磁电机研究的难点和重点.为了削弱永磁无刷直流电动机的齿槽转矩,首先利用能量法和傅里叶分解法进行分析并提出了减小齿槽转矩的最佳极槽配合.研究表明:当定子槽与转子极的最小公倍数为2pQ、最大公约数为1时,齿槽转矩最小.在此基础上,研究了近似极槽永磁无刷直流电机极弧长度对齿槽转矩的影响,提出了最低齿槽转矩极弧长度的确定方法;最后利用有限元法对其进行了验证,证明文中提出的方法是正确有效的.     

单相无刷直流电机双向起动分析

针对单相无刷直流电机的不对称结构造成的电机双向起动能力不同的问题,结合齿槽转矩及电磁转矩的建模分析,提出了一种起动控制策略。建立了具有渐变气隙的单相无刷直流电机的模型,基于能量法推导出了齿槽转矩的表达式,采用偏微分的方法推导出了电磁转矩的表达式,通过有限元分析验证了表达式的准确性。从转矩做功、动能变化的角度对电机双向起动过程进行了理论分析,得出了电机双向起动能力的差异性及产生机理,提出了一种转子重定位的起动控制策略,在搭建的单相无刷直流电机实验平台上验证了理论的正确性及控制策略的有效性。齿槽转矩及电磁转矩的离散化模型适用于计算机快速求解,转子重定位的控制策略能够解决单相无刷直流电机无法反向起动的问题。     

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。     

一种新型低转矩脉动无刷直流电机的设计及其控制方式

提出了一种新型永磁无刷直流电机的设计及其控制方法。通过六相26极结构的解耦方式建立低转矩脉动永磁无刷直流电机数学模型,使每相可以进行并行的、相对独立的反馈控制。在MATLAB/Simu-link环境下对电机模型及其控制系统进行仿真研究,得到了电机正常工作时的转速及转矩响应波形。实验结果显示电机转速平稳,转矩脉动明显降低,从而验证了该种电机设计与控制方式的合理性和有效性。     

定子齿表面开槽对永磁无刷直流电机齿槽转矩的影响

齿槽转矩是由永磁体磁场与磁槽之间相互作用而产生的,它会引起转矩脉动,甚至可能发生与电机共振的现象。影响齿槽转矩的因素很多,如磁极、槽的数量,齿槽形状以及磁钢的极弧系数等,因此,准确计算齿槽转矩较为复杂。本文利用麦克斯韦张量法计算和分析定子表面开槽对齿槽转矩的影响,为永磁无刷直流电机设计提供理论参考。     

一种新型低转矩脉动无刷直流电机的设计及其控制方式

提出了一种新型永磁无刷直流电机的设计及其控制方法。通过六相26极结构的解耦方式建立低转矩脉动永磁无刷直流电机数学模型，使每相可以进行并行的、相对独立的反馈控制。在MATLAB／simulink环境下对电机模型及其控制系统进行仿真研究，得到了电机正常工作时的转速及转矩响应波形。实验结果显示电机转速平稳，转矩脉动明显降低，从而验证了该种电机设计与控制方式的合理性和有效性。     

方波、正弦波无刷直流电机及永磁同步电机结构、性能分析

本文首先论述了方波、正弦波永磁无刷直流电机和永磁同步电机本质上并无多大差异，都属于永磁同步电机范畴。然后从电机工作原理结构，和转矩脉动等方面分析了3种电机的不同特点。     

轮毂式永磁无刷直流电动机设计浅析

以外转子永磁无刷直流电机为研究对象,分析了绕组设计、槽极数合理选择和磁钢优化等。并应用Maxwell2D软件,对轮毂式永磁无刷直流电机进行设计分析,给出了气隙磁密、反电势波形及电磁转矩图。有限元分析的结果不仅验证了电机设计的合理性,还为电机的优化设计提供了依据。     

削弱永磁电机齿槽转矩的极宽调制方法与实验

针对齿槽转矩会使电机在运行过程中产生转矩振荡和噪声,影响电机的性能指标的问题,对比抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制方法在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元建模,分别计算传统表面式和极宽调制式两种转子结构永磁电机的齿槽转矩;设计构建一个由角度传感器、永磁电机、扭矩扳手等器件组成的齿槽转矩测试系统,对两种不同结构样机...     

基于有限元的永磁无刷直流电机转矩优化设计

在分析永磁无刷直流电机电磁转矩的基础上,以抑制电机转矩脉动为目标,提出了有限元与最小二乘支持向量机( LS-SVM)及粒子群优化算法相结合的永磁无刷直流电机设计方法,建立了永磁无刷直流电机有限元模型.经有限元计算分析,得到了极弧系数、永磁体厚度和气隙长度对电机转矩脉动的影响曲线,生成了LS-SVM训练样本,经训练得到了永磁无刷直流电机LS-SVM模型,通过有限元计算和LS-SVM模型拟合结果的比较,验证了模型的准确性.利用粒子群优化算法对永磁无刷直流电机LS-SVM模型进行优化,得到了极弧系数、永磁体厚度和气隙长度的最优参数,经有限元计算结果验证了优化的有效性.     

转子静态偏心对永磁电机斜槽特性的影响研究

加工工艺以及装配技术的局限导致电机定、转子轴线不能够完全重合,准确预测偏心状态下电机的性能对于精确控制电机有重要现实意义。精确计算斜槽电机性能一般需要构建三维有限元模型,而三维模型不仅建模复杂,而且求解极其耗时。针对永磁无刷直流电机端部磁场较弱的特点,采取分段直槽等效斜槽的思路,基于二维场分析模型建立了转子静态偏心、定子铁心斜槽的表贴式永磁无刷直流电机的快速仿真模型。针对样机,计算和分析了不同偏心程度下的磁场分布、齿槽转矩和空载感应电势,并分析了模型计算精度。研究结果表明:对于表贴式永磁电机,转子静态偏心仅轻微影响直槽电机性能,而定子铁心斜槽几乎能够完全消除这些影响。