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。     

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。     

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。     

一种抑制盘式永磁电机转矩脉动的方法

针对盘式永磁电机气隙磁密和反电动势中含有谐波、存在转矩脉动的问题,提出了一种磁极形状优化方法以降低盘式永磁电机气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率、抑制转矩脉动。 建立了盘式永磁电机的等效磁网络模型,基于此模型解析计算出电机的空载反电动势,并通过有限元法进行了仿真验证。在确定最小气隙长度前提下,对不同磁极整形方法（即不整形、圆弧削极、偏心圆弧削极）气隙磁密、反电势、转矩脉动这些电磁性能进行了比较,得出了最佳优化方案。结果表明,优化设计后,气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率明显减小,转矩脉动得到抑制。     

磁极偏移与转子凿孔开槽对永磁同步电机性能的影响

为降低永磁同步电机的齿槽转矩,采用磁极偏移的方式对电机进行优化分析。借助于Maxwell 2D有限元软件对磁极偏移进行参数化扫描分析,找出使齿槽转矩幅值最小的偏移角度。为了减小永磁电机的转动惯量,便于电机控制时提高动态响应能力,在转子上凿孔并开槽,研究了凿孔开槽后对电机空载气隙磁密、齿槽转矩和电磁转矩的影响。最后通过分析样机测试与有限元仿真结果,验证了该方法的有效性,为永磁同步电机转子结构优化设计提供了一定的工程参考价值。     

用于汽车驱动的永磁同步电机气隙磁密波形质量仿真优化

针对电动汽车永磁同步电机的振动和噪声问题,提出一种"M"型优化转子结构,使单个磁极下的磁密不均匀分布以取得正弦波形从而改善波形质量。有限元仿真结果表明,该方法可有效地改善气隙磁密波形质量,减少气隙磁密空间各成分谐波含量,提高电机效率,降低永磁同步电机的振动和噪声,从而提升电动汽车的整车舒适性。     

永磁同步电动机振动和噪声抑制的研究

本文以一款存在较大振动和噪声的注塑机用永磁同步电机为例,利用解析法推导出径向电磁力产生原理和分、整数槽定子绕组的谐波次数,提出定子采用整数槽来减小电机径向电磁力,转子上挖孔和开槽来降低气隙磁密幅值,削弱齿槽转矩和转矩脉动,然后利用Ansys有限元分析软件对这两款电机的气隙磁密波形、定子磁场谐波含量、径向力波等进行对比分析,并制作了样机,通过样机噪声实验发现该方法可有效抑制永磁同步电机的振动和噪声,对改善电机性能具有一定的参考价值。     

开关磁阻电机振动分析

开关磁阻电机的电磁噪声来源于电磁振动,通过改变电机定转子结构,从而改变定转子气隙磁密,减小气隙中的径向磁密,同时减小径向电磁力与转矩脉动,达到抑制电磁振动的目的,减小了开关磁阻电机振动,并通过傅里叶分解径向磁密观察径向磁密谐波含量,分析定子振动。通过Ansoft求得电磁力密度加载到Ansys Workbench瞬态结构中定子上,观察定子结构应力变化。得到了新定子、转子结构能有效的改善电机的振动情况。     

新型表贴-内置式永磁同步电机谐波分析与优化

为增强永磁同步电机电磁性能,研究一种新型表贴-内置式永磁同步电机拓扑结构,该结构转子永磁体由常规表贴式和内置双一式构成。采用有限元对新型电机拓扑进行分析,分别对3种同尺寸结构电机气隙磁密、齿槽转矩以及气隙谐波畸变率分析。研究结果表明,新型拓扑结构不仅能提高气隙磁密基波幅值,而且能调节谐波畸变率大小,使磁密波形更加正弦性。     

一种优化表插式永磁电机性能的方法

针对表插式永磁同步电机转矩脉动较大的问题,提出在永磁体磁极间开辅助槽的方法提升电机性能。分析磁极间开槽的原理,指出在磁极间开槽能够改善气隙磁场分布,减小反电动势中的谐波含量,进而使电机转矩脉动得到抑制。并且磁极间开槽会改变电机的交、直轴电感,使电机的弱磁扩速能力得到提升。利用有限元分析得出最佳开槽形状,并验证开辅助槽能减少反电动势谐波含量并抑制转矩脉动;通过仿真计算电机电感变化,并对比等效直轴去磁状态下电机的气隙磁通密度波形与以不同最高转速时所需的直轴电流,得出开槽后的表插式永磁同步电机更适合用于弱磁扩速。本文所研究的新结构对提升电机性能有一定的指导意义。     

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。     

不同转子辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

齿槽转矩是永磁电机设计研究的一个重要参数。在解析法的基础上,研究了永磁电机齿槽转矩的表达式,讨论了气隙磁密波形对齿槽转矩的影响。并以一台6极36槽内置式永磁同步电机为例,通过在转子直轴位置上开设不同形状、不同大小的辅助槽,利用有限元法分析了矩形、半圆形、弧形三种类型的辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响,总结了齿槽转矩随辅助槽形状和大小的变化规律。分析表明,转子弧形辅助槽与其它两种槽形相比较,其电机的气隙磁密波形畸变最小,齿槽转矩谐波含量最小,对齿槽转矩的削减效果最优。对转子弧形辅助槽尺寸的合理设计和优化可以有效抑制永磁电机齿槽转矩,进而提高永磁电机的控制精度。     

永磁同步电机新转子结构的设计及有限元分析

针对永磁同步电机空载气隙磁密波形含有大量谐波的问题,设计了一种阻尼条非均匀分布的新转子结构。以一台15 kW异步起动永磁同步电机为例,利用有限元分析软件Ansys对新旧转子进行建模仿真,分别计算出空载气隙磁密分布和负载功角特性。对比结果表明,阻尼条非均匀排列转子结构可以显著的减小空载气隙磁密波形中的谐波含量,负载时电机的功率密度也得到了明显的提升。     

非对称V型磁极偏移内置式永磁同步电机转矩脉动分析

当牵引机车采用内置式永磁同步轮毂电机时,转矩脉动偏大,引起振动、噪声,从而影响电机运行性能.针对此问题,首先提出一种非对称V型磁极偏移转子结构;其次,基于绕组函数理论和等效磁路法,分别推导出定子磁动势和转子磁动势表达式,结合洛伦兹力定律,得到转矩脉动解析模型;再次,对比三种磁极偏移方式下的转矩及径向力,确定出最优的磁极偏移方式;最后,对对称V型磁极、非对称V型磁极和非对称V型磁极偏移三种转子结构的转矩脉动、齿槽转矩及气隙磁密高次谐波分别进行仿真实验和比较.实验结果表明,非对称V型磁极偏移结构转矩脉动降低约14％,齿槽转矩降低约78.7％,气隙磁密5、7谐波最小,所提结构能有效抑制转矩脉动,提升电机性能.     

利用不均匀气隙优化自起动永磁电机的气隙磁密波形

为了减小空载气隙磁场中谐波磁场对电机性能的影响,对内置"V"型转子磁路结构自起动永磁同步电动机的转子磁极形状进行了优化。采用不均匀气隙结构,以有限元为工具并利用遗传算法对空载气隙磁密波形进行了优化,使其中的谐波含量较小,得出了转子磁极的最优偏心距。在此基础上采用时步有限元方法,在考虑定子开槽、斜槽结构并计及饱和的情况下,对优化前后电机的电动势波形进行了分析对比,并通过试验验证了所采用的时步有限元计算程序的有效性。有限元计算结果表明,通过优化偏心的不均匀气隙设计,电机的空载气隙磁密和电动势波形得到了明显改善。     

永磁同步发电机不同转子结构的对比分析

永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率因数和效率较高等众多优点,在众多领域有着广阔的应用前景。在其三种转子结构中,内嵌式永磁同步发电机的优越性更为突出。现利用Ansoft有限元分析软件对内嵌式永磁同步发电机转子永磁体分别采用双"一"型和双"U"型结构进行了研究,对比分析了两种电机的磁力线分布、磁场云图分布、气隙磁密、绕组磁链、电枢绕组输出电压和电磁转矩。结果表明,双"U"型永磁同步发电机的转子饱和程度低,基波气隙磁密含量较高,无用谐波含量较低,永磁体的利用率相对较高,成本较低,电机性能较优。     

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。     

采用新型磁性槽楔的永磁同步电机分析

针对磁性槽楔能够改善电机气隙磁导波形,减小气隙磁密谐波,削弱电机齿槽效应,从而减小电机损耗和转矩波动,提高电机效率的优异特性,提出一种新型的叠片式磁性槽楔。该结构能够进一步优化开口槽电机的气隙磁密波形,降低齿槽转矩,减小电机损耗,同时又不会影响电机定子槽漏抗。本文用解析法分析磁性槽楔磁导率对于气隙磁密谐波以及定子槽漏抗的影响,通过一台130kW的永磁同步电机模型,运用有限元仿真分析比较叠片式磁性槽楔与普通磁性槽楔的电气性能。     

组合磁极结构的永磁电机解析法建模与分析

磁极结构直接影响永磁电机气隙磁场的分布。提出一种组合双层Halbach阵列结构。利用叠加原理,采用标量磁位法对该结构电机中的气隙磁场进行了解析计算。同时,对于有齿尖结构的定子槽,通过改进的卡特系数对气隙长度进行等效。为了比较,同时分析得到了单层Halbach结构气隙磁密的最优值。在此基础上,通过改变双层结构磁极上下层的厚度比、上下层中间磁极极弧系数以及边磁磁化角度等参数变量,分析优化电机的气隙磁密,并计算优化后的双层结构永磁电机的气隙磁密、感应电动势和电磁转矩。计算结果表明,在永磁用量相等的前提下,双层Halbach结构永磁电机的电磁性能优于单层结构。最后,通过有限元法验证了解析计算的正确性。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响，以8极48槽永磁同步电机为例，根据设计指标，分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型，两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先，从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别，并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次，根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式，并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后，建立电机的三维有限元模型，计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率，并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明，对于内置式永磁同步电机，在永磁体用量相同的情况下，双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。