一种优化齿槽转矩抑制永磁同步电机振动和噪声的方法

合理控制齿槽转矩可以降低电机的振动和噪声。为了降低永磁同步电机的振动和噪声,对影响齿槽转矩的四个主要参量(极弧系数、偏心距、气隙长度、磁极厚度)进行优化,然后利用有限元分析软件,进行电机的振动和噪声的分析。首先利用正交试验选取一定数量的样本;然后利用支持向量机对其进行拟合,得到回归方程;利用微粒群优化算法对其回归方程进行寻优,得到理想的齿槽转矩;最后将齿槽转矩带入电机模型中进行电机的振动和噪声的分析。     

基于Taguchi法的表面式永磁同步电机多目标优化

以一台8极48槽的表面式永磁同步电机为例,针对表面式永磁同步电机的特点,选取电机的齿槽转矩、效率和磁钢用量为优化目标,选取极弧系数、不等厚磁极偏心距、磁极厚度和气隙长度为优化参数。利用ANSYS Maxwell的参数化扫描法与Taguchi法相结合的方法对电机进行多目标优化设计,实验并分析得到优化后的最佳参数组合。有限元仿真结果表明,采用上述方法,电机的齿槽转矩减小,效率提高,磁钢用量减小,实现了多目标同时优化。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

永磁同步电机转子磁极优化技术综述

永磁同步电机的电磁转矩、转矩波动、电磁振动与噪声等电机性能与气隙磁密波形密切相关。减小气隙磁密中的谐波含量能够有效地削弱齿槽转矩、抑制转矩脉动,减小电机振动,提升电机的整体性能。对表贴式和内置式永磁同步电机来说,可以分别通过优化永磁体形状和转子表面铁心形状(统称为转子磁极优化技术)来减小气隙磁密中的谐波含量。该文回顾并总结了近年来国内外学者在永磁同步电机转子磁极优化技术方面所进行的研究工作,将不同的转子磁极优化技术进行归类,比较其优缺点。最后探讨了转子磁极优化技术尚存在的一些问题和未来发展的主要方向。     

永磁同步电机电磁噪声抑制方法综述

对永磁同步电机电磁噪声产生的机理进行了简述,从避免共振现象、降低电磁力幅值和减小噪声传递效率3个方向归纳了国内外电机噪声抑制的优化策略。对永磁同步电机电磁噪声优化的未来趋势进行了探讨,为抑制永磁同步电机电磁噪声的研究提供部分参考。     

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。     

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。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

内置式永磁电机磁极优化及磁热耦合仿真

针对分数槽集中绕组永磁同步电机的损耗高、效率低等问题,提出通过对内置式永磁电机转子磁路结构进行优化的方式来提高电机效率,并利用有限元方法进行计算、建模仿真和验证。利用有限元分析方法,分别针对一字型、弓型、阶梯型、线性型等转子磁路结构电机进行空载、负载的电磁计算与分析,计算结果表明,在电机功率、尺寸、转速相同,永磁体用量和位置相同的情况下,磁极优化后电机的反电动势波形更好、损耗更低、效率更高。为了进一步验证电磁场分析结果的正确性,将电磁计算结果以热载荷的形式加载到电机有限元温度场仿真的模型中,通过有限元电磁场与温度场耦合仿真,进一步证明磁极优化后电机的效率显著提高,温升明显下降,电机磁极优化可以大大提高电机的效率。     

基于有限元法的内置式永磁同步电机电磁振动多物理场耦合研究

由于永磁同步电机的定子齿与转子磁极之间存在较强的电磁力,当转子旋转时会引起定子振动向外产生辐射噪声。本文以一台4极27槽的内置式永磁同步电机(IPMSM)为例,利用有限元法对该电机的主要径向力波和气隙磁密进行了计算和分析,在此基础上,对该电机的振动和噪声进行了耦合仿真,最后针对电机的振动噪声问题,提出采用定子斜槽来削弱齿槽转矩,从而减小振动噪声,提高电机整体性能。     

基于磁路法与有限元法对永磁同步电机的优化仿真

利用Ansoft软件中Rmxprt模块对一款设计的1.5kW纺织用的永磁同步电机进行磁路法分析与建模,然后生成2d模型,在Maxwell2d进行有限元仿真分析。针对有铁芯永磁电机存在的齿槽转矩问题,采用分布式扫描永磁体的极弧系数、磁极偏心距参数的方法,求解出合适的数值。接着对电机设计前后的气隙磁密进行对比分析,算出其反电动势的畸变率,检验优化设计的有效性。最后通过Ansys workbench进行噪声仿真对比优化前后的仿真结果,证明优化设计的合理性,为永磁同步电机的优化仿真提供思路。     

基于永磁体优化PMSM力波与模态分析

通过简要解析分析一款注塑机用48槽8极永磁同步电动机(PMSM)的电磁振动与噪声产生机理,针对转子永磁体磁场,采用扫描法优化主要参数(极弧系数、永磁体磁极厚度、永磁体磁极偏心距),并分析了不同参数变量对气隙磁场谐波畸变率的影响规律;利用优选的参数变量,对永磁体磁极优化前后的电机模型进行电磁力波与模态参数的有限元仿真分析,最终达到减振降噪的效果。结果表明:该方法削弱了径向电磁力波空间分布与时间分布的幅值,而且通过降低永磁体磁极质量,可以提升模态固有频率,避免共振现象的发生。该方法能有效地抑制振动与噪声,为此类电机电磁噪声的计算与分析奠定了基础。     

永磁同步电机驱动系统效率优化控制参数变化影响研究

分析了电机参数变化对永磁同步电机(PMSM)运行时效率优化的影响,即对保证电机损耗最小的d/q轴电流(后称为优化电流)的影响。首先分析PMSM运行时的各种损耗,进而建立其总损耗模型,并将电机的效率优化建模为基于约束(转矩约束、电流约束和电压约束)的优化问题;接着用优化理论中的Karush-Kuhn-Tucker条件导出优化电流所满足的方程;最后改变电机的参数,分析该参数的变化对优化电流的影响。通过分析得出,并不是所有参数对优化电流都存在影响。仿真基于效率优化控制的内置式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统,试验结果显示了该分析结果的正确性。     

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。     

内置式多层磁钢永磁同步电机振动噪声抑制措施

针对内置式多层磁钢的永磁同步电机提出通过优化电机转子结构抑制电机振动噪声的方法.首先通过基于直接耦合场的有限元仿真方法计算一台额定功率为20 kW的永磁同步电机的声压级.将仿真值与电机噪声实验测得的结果进行对比,其差值小于6.3％,由此验证了该方法仿真计算电机振动噪声的准确性.其次针对内置式多层磁钢永磁同步电机转子结构的特殊性,仿真分析不同磁钢层数对电机振动噪声的影响.进而提出两种优化方法分别对电机转子结构进行优化,优化后可将电机的声压级分别降低8.1％与5.9％,有效抑制了电机的振动噪声.最后通过对比4种不同极槽配合的永磁同步电机的声压级,分析极槽配合对电机振动噪声的影响,从而可在电机设计阶段预估和抑制电机的振动噪声.     

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。     

基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计

内置式永磁同步电机具有效率高、功率密度高、转矩密度高、弱磁调速性能好等优点,在电动汽车驱动领域应用广泛。但由于齿槽转矩和磁阻转矩的存在,相比于其他类型的永磁电机,内置式永磁同步电机的转矩脉动较大,从而影响电机运行的稳定性和使用寿命。为了提高电机的转矩特性,本文提出了基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计。首先,合理选择电机转子关键结构参数作为优化变量。并以电机最大平均转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标,利用田口算法对电机进行优化,最终得到了优化后的转子结构参数。有限元仿真结果证明了所述优化方法的有效性。本文对车用内置式永磁同步电机的优化设计具有一定的理论意义和工程参考价值。     

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。     

表面-内置混合式永磁同步电机性能与转子参数影响

为研究表面-内置混合式永磁同步电机表面磁极和内置磁极的作用,采用有限元方法建立该电机仿真模型,通过对其空载特性和负载特性的分析可知该电机的空载特性受表面磁极影响较大,而其负载特性受内置磁极影响较大。进一步以表面-内置混合式永磁同步电机的转矩性能为参考指标,对转子表面磁极、内置磁极以及隔磁桥三部分的参数进行分析。结果表明改变表面磁极参数对改善气隙磁场,减小转矩波动有着较好的效果,而改变内置磁极参数对转矩波动影响较小,但对转矩幅值影响较大。此外受表面磁极的影响,内置磁极两端隔磁桥1处的漏磁随其宽度变化较小,因此可适当放宽隔磁桥1处的宽度,以改善电机转子机械强度,提高电机整体性能。     

变频器驱动下永磁同步电机效率优化的方法

作为变频冰箱压缩机的核心动力部件,永磁同步电机的效率问题直接影响着压缩机的整机能效。为解决现有变频压缩机电机效率优化不便的技术问题,本文提出了一种变频器驱动下永磁同步电机效率优化的方法,该方法可以在压缩机整机设计完成后,通过调整变频器EEPROM参数PID控制初始值,进而对永磁同步电机效率进行优化。实验结果表明:本文所提出的方法可以灵活地运用于任意的变频器,不仅可以有效地提高永磁同步电机功率因素和电机效率,而且可以大幅度地提升压缩机的COP值,从而降低变频压缩机的整体设计难度,具有广阔的市场前景。