轴向磁通切换型混合励磁同步电机优化分析

提出一种定子分割式轴向磁通切换型混合励磁同步电机,分析电机的电磁特性,进行优化分析。基于三维有限元方法,建立电机的有限元分析模型,获得电枢绕组磁链、空载电动势及绕组电感等参数电磁特性;分析定子槽口宽度、永磁体宽度、定子槽深度及转子齿宽度变化对绕组感应电动势的影响规律。有限元分析结果表明:通过调节励磁电流,线圈磁通变化明显,调磁效果较好;优化分析结果为电机尺寸的确定提供了一定的理论依据。     

感应电机转子槽型参数对空载损耗的影响研究

空载损耗是表征感应电机磁性能的重要参数,而转子对电机磁路建立有非常重要的作用。为识别转子槽型参数对空载损耗的影响,采用理论计算与有限元分析法,模拟分析了感应电机在不同转子槽型、槽口形式下的空载损耗变化规律。试验与仿真分析结果吻合度较好。该研究对高效能感应电机结构设计以及解决感应电机运行中发生的定子温度预警故障具有一定的指导意义。     

纯电动客车用高速永磁轮边电机损耗分析方法研究

针对纯电动客车用高速永磁轮边电机进行损耗分析方法研究。通过有限元模型对定子齿部、轭部以及转子铁耗进行计算,分别对不同工况下的电磁损耗进行分析,并考虑非正弦激励的影响,建立电磁损耗计算模型。通过设计损耗分离实验,利用无磁体转子电机分离机械损耗与空载铁耗,并对机械、杂散损耗分别建模,完善全工况点电机损耗计算模型。通过样机实验验证,该方法能够对同平台电机损耗进行准确分析。     

潜水泵开关磁阻电机结构设计与优化

以三相6/4开关磁阻电机为例,首先基于Ansoft有限元分析软件提出线性参数化设计优化流程,结合潜水泵体积小、气隙大、电压等级低、可靠性要求高的特点,设计一台30W的潜水泵开关磁阻电机模型。然后,在电机部分参数受限下,探讨电机结构参数和开通角、关断角对电机输出转矩和效率的影响,得出一般性设计参考和优化模型。最后,在此基础上,定子采用T型齿,并探究其尺寸参数对电机性能的影响,通过有限元法验证采用T型定子齿的6/4极潜水泵用开关磁阻电机的优化设计。     

感应牵引电机定子绕组涡流附加损耗分析

高功率密度感应牵引电机具有结构紧凑、磁通饱和度高、工作频率高、单位体积损耗密度大等特点。高工作频率导致定子绕组趋肤效应和邻近效应明显增加,在定子绕组中感应高频涡流附加损耗,引起附加铜耗大大增加。基于感应电机内部谐波磁场理论分析定子绕组涡流附加损耗的来源、计算方法及影响因素,并对一款4极650 kW感应牵引电机进行了详细有限元分析。分析了感应牵引电机定子槽内磁场分布、槽内磁场的各次谐波、谐波幅值与距槽口深度的关系,并计算了槽内导体的涡流附加损耗。计算结果表明槽口附近导体的涡流附加损耗最大,随着距离槽口深度的增加,槽内导体的涡流附加损耗呈明显减小的趋势,通过合理设计定子槽口深度可以有效减小槽口附近导体的涡流附加损耗。     

非晶合金电机空载铁耗研究

为了体现非晶合金低损耗性能的优越性,对1台15 k W、1 000 Hz电机进行空载铁耗仿真计算分析。电机定子铁心为非晶合金材料,定子铁心采用浸漆、固化加工工艺。电机空载铁耗的计算主要包括非晶定子基本铁耗的分离以及空载杂散损耗的计算,得出了非晶合金电机杂散损耗是基本铁耗的6.03倍;并与定子为50DW310时进行对比,得出空载运行时,非晶合金空载铁耗约为硅钢片50DW310的18.82%,电机的效率可以提高3.48个百分点。     

近极槽数永磁无刷直流轮毂电机齿顶漏磁优化

近极槽数永磁无刷直流轮毂电机的齿顶漏磁较大,严重影响着电机的力能指标。降低近极槽数轮毂电机齿顶漏磁对于提高电机性能有十分重要的作用。优化齿顶漏磁常用的方法是改变电机的极槽配比、极弧系数等,然而这些方法会受到电机设计要求、材料利用率以及空间利用率等因素的限制。在这些方法基础上,基于均匀气隙直流电机气隙磁场模型,分析电机定子齿顶冠部对齿顶漏磁以及电机损耗的影响,并基于一70极63槽三相无刷永磁轮毂电机样机参数,通过Ansoft软件RM、Maxwell 2D进行验证。在此基础上提出一种新的定子硅钢片叠压方式,以减弱近极槽数轮毂电机齿顶漏磁,降低电机漏磁系数,进而为电机优化提供一种新的优化方法并用Maxwell 3D验证其可行性。     

基于ANSYS的高速感应电机设计

设计了一台额定功率2 kW,额定转速59000 r/min的高速感应电机。根据电机在高速运行时带来的高损耗,选取了性能更好的铁基纳米晶合金作为高速感应电机的定子铁心材料。对于感应电机在高转差率时产生的高谐波转矩,通过采用带端环的闭口圆形槽转子,使电机具有较高的起动电阻,从而获得优良的起动及运行特性,利用ANSYS软件对其转子结构进行应力分析,并验证在高转速下的可靠性。建立了高速感应电机的有限元模型,通过与相同结构参数的硅钢DW310_35电机进行性能对比。结果显示,采用铁基纳米晶合金1K107定子铁心的电机相比硅钢DW310_35电机,总损耗减小了81.2 W,效率提高了4.5%,功率因数提高了0.031。     

基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计

针对双转子单定子模块化轴向永磁电机的磁场和性能计算,基于等效磁路法提出一种快速计算模型,探讨了定子内外径、永磁体轴向长度、气隙长度等参数对电机损耗和效率的影响。针对一台30k W定子模块化轴向永磁电机进行了效率优化设计,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机气隙和定子齿的磁通密度波形、感应电动势等。该模型考虑了磁路饱和、电枢反应、漏磁通以及定转子相对运动的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了模型的正确性与优化设计的有效性。     

基于SVPWM的时间谐波对永磁电机损耗的影响

针对在变频器驱动永磁电机因时间谐波引起的附加谐波损耗大小及分布问题,对基于SVPWM变频器电路输出的电流波形,采用傅里叶计算方法,分析不同变频器参数下的各次电流时间谐波分布规律及波形畸变程度,与SPWM对比发现SVPWM优化谐波程度高,且直流母线电压利用率较优。以一台5kW、3000r/min表面式永磁同步电动机为例,运用场路耦合联合仿真方法,研究附加谐波损耗在永磁电机中的分布特性,计算电机定子铁心各区域的磁通密度变化情况,附加谐波损耗以永磁体涡流损耗为主,其次集中于定子齿顶。参考电机损耗计算的国家标准搭建样机试验平台,通过有限元计算与试验结果的对比分析,校核附加谐波损耗计算结果。     

电动汽车驱动用分数槽永磁同步电机电磁噪声优化

分数槽永磁同步电机因存在较低阶次的径向电磁力,导致其电磁噪声较大。基于理论分析、Optislang多目标优化平台与Ansys多物理场有限元分析平台,对一台电动汽车驱动用8极36槽永磁同步电机的电磁噪声进行分析和优化。电机的电磁噪声主要是由作用于定子齿上的径向电磁力波使定子铁心振动变形引起,在定子齿顶开辅助槽并对其齿槽参数进行优化,以削弱径向电磁力。建立电机的二维有限元模型,利用Optislang对不同工况下的定子辅助槽及齿槽参数进行多目标优化,计算得到Pareto前沿并从中找到相对最优解。对比分析电机优化前后定子齿部的径向电磁力,将其映射到所对应的三维结构上,利用Ansys计算得到电机优化前后的电磁噪声,并通过样机的噪声试验验证了仿真结果的有效性。     

基于瞬态热网络法的细长型永磁电机优化设计研究

本文将瞬态热网络法应用到起重机用细长型外转子永磁电机的优化设计中,以电机效率和成本为优化目标,对一台37.0kW永磁电机进行优化设计。选择永磁体厚度、气隙长度g、电机铁心轴向长度、每槽导体数、导线线规、永磁体厚度六个参数为优化变量,同时约束其槽满率、定子齿部磁密、定子轭部磁密、最大温升、最大转矩在一定范围内。本文分析了细长型永磁电机结构参数对铜损耗和效率的影响,再利用粒子群优化算法对永磁电机进行优化设计。优化结果显示:电机效率提高1.1%,成本也略有下降。最后通过有限元仿真,验证了瞬态热网络法的可行性和准确性。     

基于二维有限元法的感应电机T型等效电路参数的分析与计算

感应电机等效电路参数的准确计算对电机的性能预测和精确控制有重要意义。该文对大型高压笼型感应电机建立有限元模型,利用二维时谐场计算结果求解多转差下转子电阻折算值。分析定转子齿顶漏磁链路径,判断是否改变定转子气隙材料属性,在不同转差下,采用冻结磁导率求解定子槽漏感和齿顶漏感以及转子槽漏感折算值。利用等效电路参数以及节点电流方程、回路电压方程求解相应等效励磁电阻和励磁电感。最后,根据等效电路参数得到转矩随转差的变化曲线,并与有限元转矩随转差变化曲线对比,同时将计算所得转子铜耗和电磁转矩与有限元结果及负载试验数据对比,验证了文中求取等效电路参数方法的正确性,为异步电机等效电路建模提供了参考。     

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。     

变频供电条件下异步电机空载磁场及损耗分布特点

以一台空间矢量脉宽调制(SVPWM)供电的5.5 k W异步电机为例,利用时步有限元法分析不同载波频率和调制比下电机定转子铁心磁密变化规律及其对损耗密度分布的影响。结果表明,变频供电时,定转子铁心磁密谐波主要集中在定子齿顶区域,随载波频率增加,电机总铁耗下降,但总体变化较小;调制比增加导致变频器输出电压谐波含量降低,电机内部定子铁心谐波损耗密度减小,电机总损耗随调制比增加而降低。对不同载波频率和调制比空载运行状态进行试验对比,验证了分析的正确性。     

内置永磁同步电机减振设计与研究

以一台内置永磁同步电动机为例,结合有限元方法,对其电磁振动进行了研究。首先根据样机基本参数建立了二维有限元模型,分别计算了其在额定工况下运行的时间和空间磁密分布,并求解了其径向磁密,根据麦克斯韦张量法得到了其定子齿所受径向电磁力。然后基于定子齿所受径向电磁力的分布规律,提出一种定子齿顶偏移的结构来削弱定子齿受到的较大的径向电磁力。不仅削弱了幅值较大的径向电磁力,又减小了转矩波动。对优化前和优化后定子齿受径向电磁力进行对比,且分别进行了频谱分析。最后将径向电磁力作为载荷对电机进行了瞬态动力学分析,比较了优化前和优化后电机的振动位移;对优化前电机进行振动实验,与仿真结果进行对比,验证了研究方法的正确性。该文方法对内置永磁同步电机的减振降噪提供了参考依据。     

电励磁双定子场调制电机的多目标优化设计分析

电励磁双定子场调制电机适用于低速大转矩直驱应用场合,融合了双定子电机理论和磁场调制电机理论,具有转矩密度高和控制灵活等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构以及含有丰富的谐波磁场,利用有限元软件建立其结构参数模型,以高转矩密度和低转矩纹波为优化目标,基于敏感性分析对关键尺寸参数进行敏感度分层,并根据参数敏感度层次将基于遗传算法的多目标优化分析以及响应面法和单参扫描法等多种优化方法相结合,最终确定电机的最优结构尺寸参数。基于二维有限元法对所提电机的空载感应电动势、定位力矩、电磁转矩等电磁性能进行分析计算,并通过样机实验验证了基于参数敏感度分层的多目标优化设计方法的有效性和有限元分析的正确性,丰富了该类结构复杂的场调制电机的高效优化设计途径。     

电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究

电动汽车用永磁同步电机的电磁振动噪声水平直接影响着电动汽车的NVH性能。基于理论分析与Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台电动汽车驱动用永磁同步电机的电磁噪声特性,并进行优化分析。电机的电磁噪声主要来源于电机定子齿部的电磁激振力,不同转子结构会对磁场产生不同的影响,通过优化转子隔磁桥结构进而改变电机定子齿部的电磁激振力,降低电机的振动噪声。分别建立优化前后电机的电磁场有限元模型,仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力;建立优化前后电机结构3D有限元模型,计算电机结构的径向模态频率;通过对电机定子结构的振动响应进行有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱。最后,通过ANSYS Acoustics有限元仿真分析得到电机电磁噪声特性。通过对比优化前后的结果可知,优化后的电机在保证电磁性能的前提下有效降低了电机的振动噪声,并通过实验验证了仿真结果的有效性。     

开关磁阻电机两种绕组连接方式的铁心损耗

采用有限元方法对比分析了一台三相12/8结构开关磁阻电机在两种绕组连接方式下的动态磁场分布.在(r, θ)坐标系中细致描述了电机定子铁心和转子铁心特征区域(定子齿、定子轭、转子齿、转子轭)的磁密周期性变化规律,并比较了两种绕组连结方案对电机特性不同磁场的谐波含量及其对铁心损耗的影响,从减少铁心损耗的角度为定子绕组的优化设计提供了理论基础.     

考虑效率优化时的车用感应电机转矩控制研究

针对传统磁场定向控制(FOC)对电机模型参数变化敏感、调节控制参数多的问题,基于PI调节器本文提出一种新型FOC控制器以改善电动汽车用感应电机转矩跟踪控制性能。用对同步角频率(ωe)的PI控制代替传统的定子电流q轴分量(iqs)的控制,不仅调控参数少、而且转子磁链幅值和定向控制精度高,对模型不确定性具有较好鲁棒性。基于电机与变频器损耗逼近函数对转子磁链进行优化,避免了恒定磁链控制下大马拉小车现象。该效率优化算法收敛速度快,不需要预知电机模型参数。最后,针对2.2 k W感应电机,在TMS320F2812DSP为控制核心的实验装置上进行实验研究,验证了所提方法的正确性和有效性。