基于田口法和MOPSO算法的PMSM转矩优化设计

针对永磁同步电动机的电磁转矩要求,即起动转矩倍数较大、转矩密度较高以及输出稳定性较强的要求,以一款36槽8极永磁同步电动机为例,采用Taguchi方法,以起动转矩幅值、电磁转矩稳定值以及转矩波动系数为目标变量,以磁钢厚度、极弧系数、磁钢偏心距、定子槽口宽度为参数,通过有限元仿真,得到每个搭配组合的转矩目标变量。为了得到最优的电磁转矩曲线,利用最小二乘法对Taguchi法得到的结果进行拟合,利用多目标粒子群算法(MOPSO)对目标变量进行寻优,得到最优解,并利用有限元软件仿真验证。结果表明,采用Taguchi法和MOPSO算法对永磁同步电动机的电磁转矩进行优化具有可行性以及较高的准确性。     

基于Taguchi-BBD方法的PMSM齿槽转矩抑制

针对由永磁同步电机(PMSM)中磁钢与定子铁心之间相互作用而产生的齿槽转矩引起的电机振动与噪声、输出转矩波动、影响控制精度等问题,以一款48槽8极的PMSM为例,提出采用田口方法(Taguchi)与基于Box-Behnken设计的响应面法(BBD)相结合的方式以抑制PMSM的齿槽转矩。为了提高计算效率,首先利用Taguchi对齿槽转矩幅值相关的初选优化变量,即定子铁心槽口宽度、极弧系数、磁钢厚度、偏心距、磁钢充磁方式五个变量,安排了正交试验,并进行了最优目标变量的局部搜索以及对齿槽转矩影响比重较大的初选优化变量进行筛选,得到复选优化变量。其次,利用BBD对复选优化变量安排响应面试验,采用最小二乘法对响应面函数进行拟合回归,并对模型回归结果的有效性和拟合程度进行方差分析,最终利用BBD对最优目标变量进行全局搜索,得到最优解,抑制了PMSM的齿槽转矩幅值。研究结果表明,通过Taguchi-BBD的方法,能有效抑制PMSM的齿槽转矩。     

双层分段内嵌式永磁同步电动机的电磁转矩优化

针对双层分段内嵌式永磁电机的特点,选择电机转子两层永磁体的极弧系数α_(p1),α_(p2),永磁体埋入深度h和永磁体与永磁体槽长度之比l_1/l_24个参数作为初选变量,对电动机的电磁转矩进行优化,使得电动机在获得较高转矩T_a的同时具有较低的转矩波动百分比σ。优化过程中首先采用田口参数优化方法对电机进行多目标优化设计,分析α_(p1),α_(p2),h,l_1/l_2改变时电机转矩T_a和转矩波动T_r的变化趋势;其次对于影响趋势显著的变量进一步采用响应曲面法分别建立T_a,σ的响应面方程。最后参考响应面方程建立遗传算法的适应值函数,利用遗传算法进行全局搜索,得到最终的优化结果。仿真结果验证了上述方法的有效性和正确性。     

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。     

空气压缩机用永磁同步电机电磁仿真设计

介绍了一款空气压缩机用永磁同步电机的电磁设计。针对客户对电机弱磁调速性能的要求，采用转子磁钢内置的结构，对转子磁钢V字型结构进行设计。利用有限元法对电机效率、损耗、转矩、反电势和输出功率等相关参数进行分析。通过转子磁钢斜极的方法，改善转矩波动和反电势波形。型式试验结果表明，电机的额定转速和弱磁调速性能可以满足设计要求。     

负载对分数槽永磁电机转矩波动的影响

为了削弱分数槽永磁电机的转矩波动,提高控制精度,详细分析了负载对气隙磁密、反电势、电感和转矩波动的影响,得出转矩波动次数相对齿槽转矩次数的变化规律由电机的每极每相槽数确定,提出了一种根据转矩波动的次数和磁钢分段数设计磁钢分段斜极角的方法,并利用Ansoft Maxwell 2D有限元分析软件对该方法进行了计算机仿真分析,通过6种极槽配合电机的仿真结果表明,提出的方法相比于基于齿槽转矩次数设计磁钢分段斜极角的方法,对转矩波动的削弱效果能提高40%以上,效果明显。     

基于改进蝙蝠算法的齿槽转矩优化

本研究从降低表贴式永磁电机的齿槽转矩出发,以24槽4极电机为例,基于能量法对齿槽转矩的产生机理进行解析分析,确定以极弧系数、气隙长度、磁极偏心距、永磁体厚度、槽开口宽度为优化参数组合,通过田口法从上述参数中筛选出对优化目标影响比重较大的参数并通过响应面拟合出相关的数学模型,应用具有Lévy飞行特征的蝙蝠算法求取该数学模型的最小值。利用有限元软件对最优解的电机模型进行仿真实验,结果表明：电机的齿槽转矩降低了82.16%,效率提高了1.6%,转矩脉动降低了8.2%。     

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。     

对称V型异步启动永磁同步电机齿槽转矩优化

对称V型异步启动永磁同步电机具有较好的启动性能和低耗电量,但齿槽效应明显.为降低齿槽转矩,首先,基于能量法推导出电机齿槽转矩解析式,确定以永磁体宽度、极弧系数、定子槽口宽度、转子轴向长度和转子齿宽为优化参数组合;然后,提出一种参数分层与响应面法相结合的齿槽转矩优化方法,通过最大-最小蚁群系统算法对响应面模型求取最优解;...     

小型电动车用外转子永磁同步电动机的设计与分析

本文基于电机几何相似定律设计一款小型电动车用外转子永磁同步电动机的主要尺寸,通过优化磁钢的极弧系数和在定子齿冠开槽的方法来降低电机的齿槽转矩。首先基于Maxwell 2D建立该款电机有限元模型,对极弧系数进行扫描分析,得到最佳极弧系数,同时在定子齿冠上开槽,仿真结果表明,优化后该电机的齿槽转矩得到明显削弱。最后,试制样机并进行测试,仿真值和样机测试值对比可得,各项性能误差均在8%以内,验证了该设计方法的合理性。本文为设计小型电动车用外转子永磁同步电动机提供一种可靠方法,在工程实践上具有较高参考价值。     

双凸极永磁双转子电机优化设计与电磁特性分析

混合动力汽车(hybrid electric vehicles,HEVs)用新型双凸极永磁双转子电机(double-salient permanent-magnet double-rotor motor,DSPM-DRM)具有两个转子和两层气隙的特殊结构。针对该复杂电机结构,为获得低输出转矩波动和高转矩密度,提出了DSPM-DRM的一种优化设计方法,推导DSPM-DRM的电机尺寸公式,得到初始设计尺寸,建立了DSPM-DRM的参数化模型。以减小输出转矩波动和提高转矩密度为目标,选择气隙和永磁体充磁宽度、极弧等关键尺寸参数作为优化变量,采用遗传控制算法(genetic algorithm,GA)优化调整电机尺寸,设计并制造了一台额定功率为2 kW的实验样机。基于二维有限元法对DSPM-DRM的反电动势、永磁磁链、气隙磁密、定位力矩等电磁特性进行了计算和分析,样机实验结果验证了设计方法和理论分析的正确性,所得结论可以为该电机在HEVs动力混合装置中的应用提供参考。     

起重永磁同步电动机的设计与分析

设计一款8极48槽内转子表贴式起重机用的永磁同步电动机。首先基于Maxwell 2D建立该款电机有限元模型,通过对转子磁钢的极弧系数和偏心距进行优化,降低齿槽转矩,得到最佳的极弧系数和偏心距。最后试制了样机,进行了相关性能测试,仿真结果与样机试验结果对比各项性能指标误差均在8%以内,该款电机的输出转矩平稳,该文在理论和工程实践上都有一定参考价值。     

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。     

基于改进粒子群优化算法的外转子永磁同步电机的多目标优化设计

为降低外转子永磁同步电机(ERPMSM) 作为皮带输送机驱动电机时的永磁体成本并提高电机性能,提出基于响应面法(RSM)和改进多目标粒子群优化(IMOPSO)算法的优化设计方法。在建立电机基本结构的基础上,将永磁体尺寸、气隙长度、槽口宽度等作为优化参数,将永磁体成本、输出转矩、转矩脉动等作为优化目标。通过参数灵敏度分析筛选出显著参数,基于RSM结合有限元仿真建立样本空间,并拟合出优化目标和优化参数的函数关系,通过IMOPSO寻优。最后对比优化前后的方案结果,所提多目标优化算法准确可靠且具有更好的收敛性和多样性,能够在降低永磁体成本的同时优化电机的性能。     

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。     

定转子结构参数对无刷直流电机转矩波动的影响

无刷直流电动机具有体积小、功率密度高、调速性能好等优点,广泛用于航天、航空、兵器等领域。本文对电机转矩波动产生的原因进行分析,并对影响转矩波动的参数进行分析。通过更改极槽配合、极弧系数、槽口宽、斜槽等参数,建立不同的电机模型,使用有限元分析软件进行仿真计算,得到电机齿槽转矩的变化情况。根据计算结果,得到降低电机转矩波动的方法,为电机设计提供参考依据。     

基于响应面模型与遗传算法的无轭分块电枢轴向磁场永磁电机齿槽转矩优化

无轭分块电枢轴向磁场永磁电机（Yokeless and Segmented Armature Machine,YASA）是一种高功率密度、高效率的电机,适于电牵引驱动特别是电动车的轮毂和轮边直驱。本文针对基于软磁复合材料（SMC）的YASA电机的齿槽转矩进行研究。首先比较了基于SMC和叠压硅钢材料的YASA电机齿槽转矩波形,然后分析了永磁体极弧系数、永磁体斜极、定子齿靴宽度系数以及定子齿靴偏移对基于SMC的YASA电机齿槽转矩的影响,在此基础上建立响应面模型并利用遗传算法对齿槽转矩进行优化,最后,通过3-D FEM验证了优化结果的准确性。结果表明,在选取一定极弧系数的前提下,存在最优的永磁体斜极角度、定子齿靴宽度系数和定子齿靴偏移角度组合能够使电机的齿槽转矩降为最小,且优化前后电机的其他性能基本保持不变。     

基于结构参数分级优化的电机电磁噪声抑制

通过优化结构参数以抑制车用驱动电机电磁噪声的关键问题在于不降低电机输出性能时,如何对繁多的结构参数进行有序、高效和有效的优化.对此,以影响电磁噪声与输出性能的径向电磁力与电磁转矩模型为优化目标,通过基于多项式拟合的关键系数对结构参数进行敏感性分析、筛选与分级.在此基础上综合多目标遗传算法、响应面法以及下降单纯形法对结构参数进行分级优化并对优化结果的全局性进行验证.在相同优化环境下,优化的效果、效率与方法适应性相较于单级优化均有所改善.结构声学仿真表明,分级优化后电磁噪声强度得到抑制且声品质得以改善.     

基于参数敏感度的双凸极永磁型双定子电机的优化设计和性能分析

双凸极永磁型双定子(DSPMDS)电机是针对电动汽车(EVs)驱动电机的应用要求,融合了双定子电机理论和定子永磁型双凸极电机理论,具有高转矩密度、高功率密度以及更加灵活多变的工作模式等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构,在DSPMDS电机初始设计尺寸的基础上,通过建立电机参数化模型,并采用多目标敏感度优化方法,筛选出对电机转矩波动和铁心损耗影响最大的关键结构尺寸参数,在此基础上进一步采用响应面法选取最优结构尺寸参数。采用有限元仿真计算分析DSPMDS电机的反电动势、铁心损耗、定位力矩等电磁性能,样机实验结果验证了所提出的参数敏感度优化设计方法和性能分析的正确性,丰富了该类复杂结构的永磁型电机的快速设计和优化的途径。     

交替极轮毂电机齿槽转矩的优化研究

针对交替极轮毂电机,研究能够削弱其齿槽转矩的结构参数。对永磁电机齿槽转矩的产生机理进行分析,可以通过槽极数配合、优化极弧系数两种方法减小齿槽转矩,运用有限元分析软件Ansoft对电机进行二维建模,并通过上述两种方法对齿槽转矩进行仿真分析,最终得出选择合理的槽极数组合以及极弧系数,能够有效地减小齿槽转矩。