双层反向倾斜线圈永磁同步直线电机的设计与优化

提出一种新型线圈拓扑结构——双层反向倾斜线圈,并进行电机结构参数优化以提升永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)的推力品质。首先,设计双层反向倾斜线圈PMSLM的拓扑结构,采用等效磁化强度法定性分析影响电机推力品质(推力和推力波动率)的主要结构参数。其次,引入机器学习回归建模方法——K-最近邻算法(K-nearest neighbor,KNN),对有限元计算产生的样本数据进行回归拟合,建立电机高精度快速计算模型。最后,采用粒子群算法以平均推力提高、推力波动率降低为优化目标对拟合模型进行迭代寻优,得到最优的电机结构参数。实验证明了所提电机结构设计与优化方法对推力品质提升的有效性。     

基于深度神经网络模型的无铁心永磁同步直线电机结构优化研究

针对无铁心永磁同步直线电机(permanentmagnet synchronouslinearmotor,PMSLM)存在推力波动问题,该文从电机结构优化着手,引入深度学习算法建立PMSLM快速计算模型,并进行全局优化以实现推力波动抑制。首先,通过有限元模型获取PMSLM结构参数与推力及推力波动的样本数据,采用深度神经网络(deep neural network,DNN)建立其非参数快速计算模型,并与K近邻域算法和支持向量机建模方法对比,验证DNN优越性;其次,以"推力密度不削弱,推力波动最小"为目标,采用免疫克隆算法对电机结构参数进行多工况优化;最后,仿真分析和样机测试验证该方法的正确性和有效性。     

电动汽车用双层永磁体IPMSM优化分析

提出一种电动汽车用双层永磁体内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM),分析其基本电磁关系,进行优化分析。采用有限元分析软件建立电机结构模型,分析单边气隙长度不同时气隙磁密及谐波畸变率变化规律;研究了不同定子槽口宽度下电机齿槽转矩的变化趋势;通过改变第二层永磁体两侧隔磁桥间距Rib及第一层永磁体中间隔磁桥与转轴距离O2,获得电机输出转矩与转矩纹波的变化规律;分析双层永磁体尺寸变化时的电机效率,得到最优永磁体尺寸参数。样机试验表明:实测值与仿真值基本吻合,验证了样机设计的合理性。     

基于概率神经网络算法的永磁同步直线电机局部退磁故障诊断研究

针对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)的局部退磁故障问题,引入一种基于空间气隙磁密重构特征提取与概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)算法相结合的局部退磁故障分类识别方法。采用等效磁化强度法分析永磁体在局部退磁情况下,PMSLM气隙磁密在不同空间位置的分布特性;利用有限元法定量计算PMSLM空间气隙中心线、气隙中心线上方、气隙中心线下方3个位置处的气隙磁密强度,将其融合为唯一识别退磁故障类型的特征量,并进行多种局部退磁故障类型下的仿真分析,建立了丰富的退磁故障样本库;建立神经网络和径向基网络,并对PNN网格结构进行优化,利用PNN分类算法实现局部退磁故障的精确分类识别,并进行分类器精度校验仿真实验。样机实验结果表明,所提方法能够准确辨识PMSLM局部退磁故障的组合类型,识别率高达到99.4%。     

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。     

注入谐波电流的长初级双边直线感应电机推力波动优化研究EI北大核心CSCD

长初级双边直线感应电机(DLIM)的端部效应会引起推力波动,影响电机稳定运行。为降低电机推力波动,采用注入谐波电流方法抑制纵向端部效应引起的两倍滑差频率的推力波动,推导出注入谐波电流后电机气隙磁密和电磁推力的解析表达式。求解出使推力波动分量的合成结果为0时,应注入谐波电流频率、相位、幅值的表达式,并分析注入谐波电流对气隙磁密、推力特性的影响。最后建立长初级双边直线感应电机的有限元模型,仿真计算注入谐波电流的相关参数,分析比较注入谐波电流前后气隙磁密和推力特性,并将仿真结果与解析计算结果对比,二者具有很高的一致性。结果表明注入谐波电流可大幅降低推力波动,为长初级双边直线感应电机推力波动的优化研究提供理论依据。     

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。     

背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机推力波动抑制

基于背靠背Ω定子聚磁动子横向磁通永磁直线电机(back-to-back Ω stator transverse flux permanent magnet linear machine,BBΩ-TFPMLM)前期研究基础，探索其推力波动对运行稳定性和定位精度影响的改善方法。首先，挖掘影响电机定位力的关键参数并对其影响机理进行剖析，提出一种通过旋转力矩来测量直线力的方法。其次，基于田口法和三维有限元分析方法对气隙长度、永磁体厚度、动子齿宽和错极距离进行仿真优化，以得到最优结构参数及电机定位力、推力、反电势曲线。最后，搭建样机实验平台测试优化参数。仿真和实验结果均表明：优化后的电机定位力峰-峰值减小38.3%，推力幅值增大21.1%，反电势幅值增大5.2%，验证了推力波动抑制方法的可行性。     

一种表贴式永磁电机磁极结构优化研究

针对常规表贴式永磁电机气隙磁密波形正弦度差,导致电机反电势中谐波含量高、电机谐波损耗大,以及复杂结构形状永磁体在生产、加工、装配过程中容易造成废品率高等问题,提出一种由导磁金属块和永磁体共同构成的表贴式磁极结构。用有限元方法计算常规结构以及不同程度不均匀气隙结构的气隙磁密波形,进而由傅里叶分解得到各次谐波和正弦畸变率。仿真结果标明该结构可以有效改善气隙磁密波形和电机空载反电势的正弦度。最后采用遗传算法对实现偏心结构的导磁金属块尺寸进行优化,得到了使气隙磁密波形畸变率最小的尺寸参数。有限元计算结果显示,优化设计后,气隙磁密波形畸变率和电机空载反电势谐波含量明显减小。     

新型Halbach阵列盘式永磁电机的磁场解析

基于印制电路板(PCB)技术的盘式永磁电机(AFPMM)提出一种新型Halbach阵列的转子结构,该阵列结构简单、易于优化。运用矢量磁位法对新型转子产生的空载气隙磁密进行解析推导,获得关于气隙磁场的数学模型。基于该模型,保持永磁体总用量不变,以永磁体极弧系数比和径向长度比作为优化变量,气隙磁密基波幅值和谐波畸变率作为优化目标,确立最优转子结构参数。三维有限元仿真结果表明,解析法所得的气隙磁密波形与有限元法基本一致,验证了所提出解析模型的合理性。与传统Halbach阵列相比,新型Halbach阵列气隙磁密基波幅值提升了10.3%,同时谐波畸变率由19.8%降至4.8%,优化效果明显,可以有效降低高频工况下电机的涡流损耗、提升电机效率。最后制造一台样机进行相关实验测试,验证了解析和仿真分析的正确性,对PCB定子AFPMM的设计具有一定参考价值。     

梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明：梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。     

永磁同步电动机磁钢的多目标微粒群算法优化

系统分析了表贴式永磁同步电动机磁钢结构参数对气隙磁密波形的影响.针对PMSM气隙磁密波形需综合具有足够大的基波幅值与足够小的正弦性畸变率的要求,利用表面相应模型对样本点需求量少的特点,建立了表面响应模型与多目标微粒群算法混合的全局优化算法,以获得极大的气隙磁密基波幅值与极小的气隙磁密波形正弦性畸变率,对磁钢结构参数进行多目标优化.仿真与实验对比优化前后电机的气隙磁密波形和反电势波形的结果,验证了优化结果的正确性,并验证了该多目标优化算法在磁钢结构参数优化中应用的可行性.     

新型Halbach阵列永磁电机谐波分析与优化

Halbach阵列具有单边磁场的特点,在电机设计中得到越来越多的关注和研究。设计了一种"凸"形双层Halbach阵列永磁电机,通过有限元方法分别仿真单层和双层磁极结构,比较两者气隙磁密波形和谐波,为得到较低谐波畸变率,对影响畸变率磁极结构主要参数进行组合寻优。仿真结果表明,该双层Halbach阵列电机磁极结构简单,谐波畸变率低,有效改善气隙磁场,提高磁场强度和运行稳定性,为Halbach阵列永磁电机优化提供了新思路。     

无槽圆筒永磁直线同步电机推力波动的解析模型及抑制方法EI北大核心CSCD

无槽圆筒型永磁直线同步电机(slot-less tubular permanent magnet linear synchronous machine,STPMLSM)既避免了齿槽结构引起的齿槽力,又解决了初级铁心加工困难的问题,其推力波动主要来源是初级铁心端部效应和三相绕组电感不对称,介于齿槽结构与空心结构之间,推力波动的准确计算是此类电机设计与优化的关键。建立考虑初级端部效应的STPMLSM精确子域解析模型,能够快速计算空载与负载工况下的气隙磁密与推力波动,保证计算结果的准确性和高效性。基于该解析模型,提出初级铁心长度、三相绕组位置及匝数分配的综合优化方法,有效降低STPMLSM的负载推力波动,样机的推力波动从11.04%降到2.78%。最后,有限元模型和样机实验验证精确子域解析法及优化方案的正确性。     

基于Halbach阵列与组合型磁极相结合的表贴式永磁电机优化设计

为了减小表贴式永磁电机气隙磁场中谐波含量过高所带来的电机性能下降的影响,提出了Halbach磁体阵列与组合型磁极相结合的转子结构。基于时步有限元计算软件,利用田口法正交试验,以谐波畸变率THD和气隙磁密基波幅值大小为评价标准,优化设计了4极永磁电机的转子结构参数。优化参数包括:磁钢厚度、组合磁极的磁极配比、Halbach充磁夹角、较小磁能积的永磁材料的矫顽力大小。通过对比优化前后气隙磁通密度谐波含量,验证了该优化方法的有效性。     

一种新型转子结构的内置式永磁同步电机优化设计

提出一种新型转子结构的内置式永磁同步电机。在转子永磁体材料用量相同的前提下,该结构所采用的阶梯形永磁体结构能够有效地改善气隙磁密波形,从而提高电机性能。为了得到阶梯形永磁体结构的设计参数,首先建立新型转子结构电机的磁路模型,以气隙磁密基波和谐波畸变率为目标函数,得到了转子永磁体的初始设计参数。为了提高参数的准确度,采用田口方法对该初始设计参数进行了优化,进一步提高了电机性能。最后,将该阶梯形永磁体结构的电机与传统一字形永磁体结构的电机进行了仿真性能对比。     

基于MVO的表贴式Halbach永磁同步电机优化设计

本文提出了一种采用Halbach充磁的新型不均匀表贴式转子结构的永磁同步电动机。在转子永磁体材料用量相同的前提下,该电机所采用的不均匀不等厚永磁体结构能够有效地改善气隙磁密波形,从而提高电机性能。为了得到转子永磁体形状的设计参数,建立了该电机的数学模型,以气隙磁密基波含量、谐波畸变率和永磁体用量为目标函数来进行电机的优化设计。为了寻找目标函数的最值,首次采用Multi-Verse Optimizer(MVO)优化算法进行寻优,提高了寻优速度和准确性。非均匀Halbach阵列结构电机与传统均匀分布Halbach充磁电机进行了仿真性能对比,结果表明,非均匀Halbach阵列结构电机可以进一步改善气隙磁密波形,提高电机性能。     

采用磁障转子的内置式永磁同步电机优化设计

内置永磁同步电动机是一种广泛应用于各个领域的电机,在初选的电机基础上提出了一种转子带磁障的新结构电机,并给出初始设计和需要优化的多个设计参数。新转子中的磁障能起到聚磁作用,从而使气隙磁密由矩形波改善为阶梯形波。利用田口方法安排正交实验来提高实验效率,对主要的设计参数进行优化。利用有限元方法分析气隙磁密、谐波畸变率,从而验证了新结构转子可以提高气隙磁密基波幅值、降低谐波畸变率。     

基于田口法的永磁发电机气隙磁通密度优化

为了减小气隙磁场中谐波含量过高对永磁发电机性能造成的不利影响,结合Taguchi方法和时步有限元法对内置"V"型转子磁路结构的永磁电机进行优化设计。首先,以永磁电机的4个结构参数为优化变量,2种电机特性为约束条件,对采用非均匀气隙结构的永磁电机的转子结构进行多目标多变量优化,得到了最优空载下非均匀气隙磁通密度波形时的转子结构;然后通过对比优化前后的气隙磁通密度谐波含量,验证Taguchi方法优化结果的优越性和正确性;最后,运用时步有限元方法计算得到了考虑定子斜槽的电动势波形,进一步验证了该文气隙磁通密度优化的有效性。     

基于复合磁性槽楔的 PMLSM 推力波动抑制

永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在齿槽力,影响电机的控制性能。 本文提出一 种基于软磁、硬磁材料混搭的新型复合磁性槽楔结构(composite magnetic slot wedge,CMSW),能有效抑制 PMLSM 推力波动。 首 先,分析了单一磁性槽楔的材料、尺寸和空间位置分布对 PMLSM 输出推力和推力波动的变化规律。 然后,研究新型复合磁性 槽楔的软磁、硬磁材料配比和位置分布,对电机输出推力、推力波动和齿槽力等电磁性能的影响。 以最大推力和推力波动最小 为优化目标,利用正交优化法对复合磁性槽楔的尺寸进行优化。 研究表明,采用新型复合磁性槽楔可有效降低推力波动和损 耗,推力波动降低 79. 4%,而平均推力基本不变,为 PMLSM 推力波动抑制提供新的技术途径。