基于分段有限元法的轴向永磁电机齿槽转矩分析

近年来,轴向永磁电机在高性能伺服控制系统中应用越来越广泛,本文针对永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用产生齿槽转矩,引起电机振动和噪声,进而影响系统控制精度等问题,提出了一种基于分段有限元法分析齿槽转矩的新方法。为减小齿槽转矩,研究了包括极弧系数、永磁体倾斜、定子槽口宽度、定子开辅助槽等因素对齿槽转矩的影响。计算结果与三维有限元法进行对比,验证了所提出方法的正确性与齿槽转矩削弱的有效性。     

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。     

永磁体削角削弱永磁同步电机齿槽转矩

针对表贴式永磁同步电机齿槽转矩削弱问题,提出一种改进的永磁体削角方法。基于能量法和傅里叶分解推导出齿槽转矩表达式,确认了影响齿槽转矩的因素关系;基于永磁体径向充磁,推导出削角后永磁体剩磁平方的傅里叶系数,提出了削角长度比例系数的最佳确定方法,将齿槽转矩最小化问题转化为二次函数极小值的求解。实验结果表明,该方法确定的削角长度比例系数与有限元仿真结果一致,对4极18槽电机采用0.6~0.9的削角长度比例系数时,齿槽转矩至少削弱了54.4%。     

削弱永磁电机齿槽转矩的一种新方法

针对永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用产生齿槽转矩,引起电机的振动和噪声,并影响系统的控制精度等问题,提出了通过改变磁极形状来削弱齿槽转矩的新方法。采用有限元分析方法,对不同形状永磁磁极的永磁电机齿槽转矩和磁通进行了分析和比较,并对槽数与极数配合对齿槽转矩的影响进行了研究。研究表明,采用偏心磁极结构可有效地削弱齿槽转矩,而对每极磁通影响较小,本文提出的方法是有效的。     

多参数优化方法减小永磁电机齿槽转矩

将转子分段斜极和优化极弧系数两种方法相结合,研究其对永磁电机齿槽转矩的影响。采用有限元分析方法,对一台电机在不同分段数时的齿槽转矩进行了计算。结果表明分段斜极能使齿槽转矩的某些谐波分量大幅度地削弱,但对其它谐波分量削弱幅度有限;进而通过优化极弧系数,使剩余谐波分量显著减小,使得齿槽转矩最小化。试验结果与有限元仿真结果基本吻合,验证了该方法对减小齿槽转矩的有效性。     

内置“一”型永磁同步电机齿槽转矩削弱

为降低内置"一"型永磁同步电机齿槽转矩,提出了永磁体不均匀分块的方法。首先列出了齿槽转矩解析式,由解析式与永磁体剩磁密度分布的傅里叶展开式,分析了永磁同步电机的磁极在体积不变的情况下,将磁极合理分块后的齿槽转矩比磁极不分块时小。然后,以8极36槽永磁同步电机为例,用有限元软件建立二维模型,分析3个永磁块不同宽度分配对齿槽转矩的影响。最后,分析了永磁体分块对电机反电势和输出转矩的影响。经过有限元软件仿真,结果表明,合理的永磁体非均匀分块能大幅降低齿槽转矩。     

内置式永磁电机齿槽转矩的分析研究

内置式永磁电机因其高转矩及能量密度,在许多高性能装置中得到广泛应用.但永磁电机结构的特殊性,转子永磁体和定子齿槽之间相互作用产生的齿槽转矩会引起振动和噪声,同时齿槽转矩会降低速度和位置控制系统的低速时的性能.研究了一种内置式结构永磁电机的齿槽转矩,其转子磁极永磁体分段.根据分析可知,在相同的等级及尺寸条件下,永磁体分段的内置式永磁电机(SIPMM)比传统非分段内置式永磁电机(IPMM)的齿槽转矩低得多,然后利用有限元软件Maxwell 2D计算分析比较了SIPMM与IPMM的齿槽转矩.此外,还分析了两种不同转子结构的内置式永磁电机的齿槽转矩情况.     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

极弧系数组合优化的永磁电机齿槽转矩削弱方法

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛，然而永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用，产生齿槽转矩，引起电机的振动和噪声，并影响系统的控制精度。通常情况下，永磁电机各磁极的极弧系数相等。为削弱齿槽转矩，可设计相邻磁极极弧系数不等。文中采用不等极弧系数组合削弱永磁直流电机齿槽转矩，利用基于能量法和傅里叶分解的解析法得到齿槽转矩的表达式，通过分析起作用的气隙磁密的傅里叶系数，给出了使得齿槽转矩最小的极弧系数组合的确定方法。但是由于采用了一些假设，上述确定方法存在一定误差。为使齿槽转矩最小，采用全局优化方法与有限元相结合以获得最优极弧系数组合。文中对每极槽数为整数和分数的2台电机模型分别进行了解析分析和优化，结果表明：该优化方法可显著削弱齿槽转矩。     

永磁同步电机齿槽转矩的分析

对常用的永磁同步电机(PMSM)的槽极配合进行分析,选择最佳的槽极配合,并用有限元分析软件Maxwell进行仿真,提出了利用不等厚永磁体来有效削弱PMSM的齿槽转矩从而提高电机性能的方法。     

基于磁极分块与转子开槽削弱永磁电机齿槽转矩

为了提高6极72槽永磁直驱风力发电机的运行性能,提出了磁极分块与转子开槽相结合削弱齿槽转矩的方法。根据齿槽转矩的解析式和叠加原理,分析得出磁极分块和转子开辅助槽对削弱齿槽转矩的有效性。基于Maxwell有限元软件分别研究了永磁体的磁极分块、转子开槽对齿槽转矩的影响,给出了最佳的磁极分块数和磁极间隔以及转子辅助槽槽深和开槽位置。通过对比分析优化前后的电机仿真结果可知,该方法使电机的齿槽转矩得到了显著的削弱,同时电机的其他性能符合技术要求。     

基于分块永磁磁极的永磁电机齿槽转矩削弱方法

基于齿槽转矩的周期性以及永磁磁极与槽口相对位置的不同对齿槽转矩分布的影响,采用叠加法研究了分块永磁磁极削弱齿槽转矩的方法。该方法无需计算永磁分块导致的复杂的气隙磁通密度分布,而基于不同分块之间与槽口相对位置的变化导致的不同的齿槽转矩的分布,通过合理选择永磁分块数、分块宽度及分块间隔,可使得不同分块产生的齿槽转矩相互抵消,从而有效地削弱齿槽转矩。针对每极整数槽和非整数槽结构,推导得到了永磁分块数、分块宽度以及分块间隔之间关系解析表达式。有限元计算表明,本文得到的确定方法可有效地削弱齿槽转矩。     

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。     

磁极偏移削弱永磁电机齿槽转矩方法

研究了永磁电机磁极偏移对齿槽转矩的影响,发现当每极槽数不为整数时,磁极偏移会引入新的齿槽转矩谐波.因此要通过磁极偏移减小齿槽转矩,除了减小永磁体对称时存在的齿槽转矩谐波外,还要减小新引入的低次谐波.为解决现有的永磁体偏移角度计算方法存在的不足,本文推导了磁极偏移时齿槽转矩的表达式,提出了确定永磁体偏转角度的新方法.有限元计算结果表明:与现有的方法相比,本文提出的磁极偏移角度计算方法得到的偏转角度对原有齿槽转矩谐波以及新引入的低次谐波都有较好的削弱作用,因此能较好地减小齿槽转矩.     

永磁式电机齿槽定位力矩分析

提出了区域函数和单极性边缘函数两个新概念,利用这两个函数定量分析了永磁式电机齿槽定位力矩,并提出了削弱齿槽效应的新方法,为永磁式电机的设计提供了理论依据     

永磁同步电机齿槽定位力矩补偿

定位力矩是永磁同步电机固有的问题,对驱动系统将产生不利的影响.在永磁同步电机齿槽定位力矩特点分析的基础上,提出一种在电流中注入谐波对定位力矩进行补偿的方法,抑制了由于定位力矩引起的速度波动,从而减小了对电机低速性能的影响.仿真和实验结果验证了该方法的有效性.     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机性能和材料成本研究

稀土永磁同步电机性能优越,但稀土永磁材料价格昂贵导致电机成本增加。因此,提出了一种新型少稀土永磁同步电机,其永磁体采用组合磁极Halbach结构。分析了少稀土组合磁极永磁同步电机的结构特点,并在此基础上,提出了少稀土T型、HAT型和LREH型三种组合磁极Halbach永磁同步电机拓扑结构。从电机空载反电动势、空载齿槽转矩和额定负载电磁转矩等方面分析了三种拓扑结构少稀土永磁同步电机,并与稀土永磁同步电机进行对比分析。在等转矩条件下研究了钕铁硼和铁氧体两种永磁体厚度对少稀土组合磁极永磁同步电机材料成本的影响。对比分析了稀土永磁同步电机和三种少稀土永磁同步电机的材料成本。有限元仿真结果表明LREH型少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机具有更好的转矩性能和更低的材料成本。     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。