永磁同步电机转子表面辅助槽 对齿槽转矩的影响研究

针对永磁同步电机存在的齿槽转矩过高引起的电机振动噪声问题,对转子表面辅助槽结构进行了优化。通过永磁同步电机齿槽转矩产生的原理,分析了转子结构对电机齿槽转矩的影响,探讨了转子表面辅助槽结构与电机齿槽转矩的关系,并进行了推导归纳;利用有限元软件搭建了8极48槽内置式永磁同步电机模型,以该内置式永磁同步电机模型为载体,通过改变气隙磁密谐波分量,采用多目标遗传算法计算出了辅助槽个数、位置和深度3个设计变量的最优解,得到了辅助槽结构的最佳设计方案。研究结果表明:采用优化后的转子表面辅助槽结构,可以有效降低内置式永磁同步电机的齿槽转矩,增加气隙磁密基波幅值,降低了5次和7次谐波幅值,使齿槽转矩峰值降低了76.2%,并且保证电机性能不降低。     

基于混合粒子群算法的低速大转矩直驱永磁同步电机多目标优化研究

针对潜水电泵用低速大转矩直驱永磁同步电机的优化设计问题,为了同时实现其低齿槽转矩、低转矩脉动和低铁损耗,以及气隙磁密波形正弦度的优化,提出了基于混合粒子群算法的内置式永磁同步电机多目标优化有限元设计方法。在建立有限元分析模型的基础上,以永磁体尺寸、永磁体槽槽型尺寸、最小气隙长度、不均匀气隙偏心距为变量,以空载及负载情况下的齿槽转矩、转矩脉动、铁损耗、效率、气隙磁密基波幅值、气隙磁密波形正弦度作为优化目标,提出了基于权重系数的多目标优化函数。研究结果表明:基于混合粒子群优化算法的有限元设计方法具有搜索能力强、收敛速度快的优点,得到的电机设计结果与设计目标具有良好的一致性,有限元仿真证明了所提方法的有效性和可行性。     

永磁同步型机床电主轴齿槽转矩抑制方法研究

齿槽转矩引起的转矩脉动会影响永磁同步电主轴电机转矩的平稳性,进而影响加工工件的表面质量。针对传统的工程解析法假设条件多,难以考虑磁路饱和、漏磁和复杂结构等因素,计算结果与工程实际存在较大差距的不足,采用有限元法定量研究了永磁电机定子槽口宽度、斜槽、极弧系数和永磁体偏心距等对齿槽转矩及力能特性的影响规律。揭示了齿槽转矩产生的物理机理,提出了通过优化电机结构参数抑制齿槽转矩的具体策略。研究表明:依据所提策略优化后的电机参数能使永磁电机齿槽转矩显著减小,同时电机的动态特性得到提升。     

车用微型永磁直流电机的齿槽转矩优化

过大的齿槽转矩会造成电机转矩波动、产生噪音和振动,是永磁电机高精度高性能优化设计的关键因素。研究中以某4槽10极汽车座椅永磁有刷直流电机为例,通过建立电机相应的电磁场模型以及理论分析,探究了电磁力、永磁体的极弧系数和偏心距参数对电机振动的影响,提出了减小齿槽转矩的电机结构综合优化方案。通过Ansoft Maxwell电磁仿真与实验测试,验证了所设计方案的有效性;与原设计相比,优化结构后的电机,齿槽转矩降低了85.95%,振动减小了80%,噪音减小了11%。     

凸形极靴表贴式永磁磁极同步电机性能优化

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差导致电机反电势波形畸变,影响电机输出性能,改良的复杂结构的永磁钢导致加工成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装凸形极靴的新型磁极结构。利用有限元软件建立3相18极54槽永磁同步电机,研究极靴参数对永磁同步电机空载径向气隙磁密、空载反电势、齿槽转矩和永磁钢涡流损耗的影响规律,获得最优极靴参数。输出特性对比分析可得,加装极靴的新型磁极电机空载反电势波形正弦性明显提高,齿槽转矩和永磁钢涡流损耗大幅度降低,电机输出性能显著改善。     

永磁同步电主轴齿槽转矩与永磁体形状关系的研究

在数控机床领域,永磁同步电主轴的应用越来越广泛。为提高其工作精度,需要控制齿槽转矩。齿槽转矩是由气隙变化、永磁体形状和定子槽形式决定的。对表面式永磁同步电主轴进行了有限元仿真分析,通过优化永磁体的形状和极弧系数减小了永磁同步电主轴的齿槽转矩。结果表明:内倒圆式永磁体可减小齿槽转矩脉动。     

定子混合叠压再制造电机转矩优化分析

永磁同步电机铁心再制造研究较少,性能提升困难,寻求切实可行的铁心性能再制造提升方案具有重要意义。利用旧电机硅钢材料与新型非晶合金材料制成再制造混合叠压定子,分析再制造前后电机性能变化,提出转矩叠加优化方法并对转矩进行优化分析。混合叠压再制造后,电机损耗大幅降低,效率有所提升,转矩有所减小;再制造电机转矩随着定子齿宽、绕组匝数以及电流的增大而增大;通过参数化扫描与正交分析方法,对再制造电机进行基于定子槽型尺寸与电流变化的转矩与损耗综合优化分析,确立再制造电机转矩优化方案为电机定子齿宽减小0.8 mm,槽高增大1.2 mm,额定电流减小1.7 A;电机台架试验测试表明,与原电机相比,优化后再制造电机转矩基本不变,效率有所提升,验证了优化方案与仿真结果的有效性。混合叠压定子的研究为电机再制造研究及铁心性能提升方法研究提供了新的思路。     

自动门无刷直流电机齿槽转矩优化设计

齿槽转矩是永磁无刷电机所特有的、具有磁阻性质的一种转矩.通过对永磁无刷电机齿槽转矩理论推导,得出影响永磁无刷电机齿槽转矩的因素.结合自动门用永磁无刷电机的优化要求,使用Ansys Maxwell软件对电机极弧系数、定子槽口宽度、电机转子磁钢偏心距等方面进行了仿真计算,得出合适齿槽转矩下的最佳极弧系数、合适槽口宽度以及磁钢偏心距.最后综合考虑电机的极弧系数、槽口宽度、气隙以及电机使用参数等因素,调整参数,达到优化电机齿槽力矩的效果.     

自动门无刷直流电机齿槽转矩优化设计

齿槽转矩是永磁无刷电机所特有的、具有磁阻性质的一种转矩.通过对永磁无刷电机齿槽转矩理论推导,得出影响永磁无刷电机齿槽转矩的因素.结合自动门用永磁无刷电机的优化要求,使用Ansys Maxwell软件对电机极弧系数、定子槽口宽度、电机转子磁钢偏心距等方面进行了仿真计算,得出合适齿槽转矩下的最佳极弧系数、合适槽口宽度以及磁钢偏心距.最后综合考虑电机的极弧系数、槽口宽度、气隙以及电机使用参数等因素,调整参数,达到优化电机齿槽力矩的效果.     

切向永磁同步电机空载感应电动势谐波削弱分析

针对切向永磁同步电机空载感应电动势谐波含量高会增加杂散损耗的问题,提出一种优化定子槽参数和转子极面偏心设计相结合的方法,以改善空载感应电动势波形.推导出切向永磁电机空载谐波感应电动势表达式,分析并确定了影响空载感应电动势谐波的关键结构参数,以降低空载感应电动势畸变率为优化目标,采用有限元法分析定子槽口宽度、定子槽高度和转子极面偏心距三个参数对电机空载感应电动势各奇次谐波和波形畸变率的影响规律,获得了最优参数.结果表明,优化后的电机能有效削弱空载感应电动势谐波、降低波形畸变率,同时提高气隙磁密、减小齿槽转矩,提升电机整体性能.     

Simulation analysis of cogging torque of permanent magnet synchronous motor for electric vehicle

This paper proposes a new approach to study generation mechanism and influence factors of cogging torque of permanent magnet synchronous motors, in order to improve the operational performance and riding comfort of electric vehicle. Based on energy method and Fourier expansion, the method of predicting cogging torque is proposed. Two-dimensional finite element model of in-wheel motor is established by Maxwell software, and electromagnetic character of that is analyzed. Skew slot, pole arc coefficient and width of slot mouth are analyzed and studied by finite element method, in order to realize the change regularity of cogging torque. Cogging torque curves under the different skew slots, the different pole arc coefficients and the different widths of slot mouth are obtained, which can effectively reduce the cogging torque of in-wheel motor, but they still exists some limitations. The final simulation analysis results are in good agreement with the theoretical predicting results, which indicates that this method can be used to afford a theoretical basis to reduce the cogging torque and optimize the in-wheel motor of electric vehicle in the future.     

定子铁心混合叠压再制造电机的齿槽转矩分析

为提高再制造电机的性能,用非晶材料与硅钢材料混合叠压制成再制造电机定子铁心。基于能量法并结合定子混合叠压再制造电机的结构特征,提出以分段叠加算法近似替代三维计算定子混合叠压电机齿槽转矩的方法;基于近似叠加算法,利用分段设置反向斜槽的方法来减小齿槽转矩。应用Ansoft 3D软件分析了混合叠压方式对电机齿槽转矩的影响规律;对比分析了不同混合比例下电机的性能参数,确定了混合叠压的材料比例;对确定混合比例下正反斜槽后电机的齿槽转矩与空载电动势进行了分析。结果表明,定子混合叠压再制造电机的齿槽转矩与叠压方式无关,只与所用材料的比例有关;反向斜槽相比于正向斜槽,在有效减小齿槽转矩的同时,对电机性能的影响较小。将混合仿真与叠加计算结果进行对比,验证了二维叠加近似计算混合叠压的可行性。     

盘式永磁电机的分数槽绕组齿槽转矩分析

由齿槽转矩造成的推力波动是影响盘式永磁电机运行性能的一个重要因素.为削弱齿槽转矩,采用基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法推导出了齿槽转矩解析表达式,在此基础上研究了分数槽绕组对齿槽转矩的削弱作用,结合定子槽口宽度对齿槽转矩的影响,提出了减少盘式永磁电机齿槽转矩的优化方案,并利用有限元法对此优化方案进行了仿真分析和验证.研究结果证明,采用分数槽绕组和槽口优化相结合的方法能有效地削弱盘式电机的齿槽转矩.     

永磁同步电机运行性能研究

针对凸极永磁同步电机,对其数学模型和定子电流最小控制方法进行了介绍,推导了定子电流最小控制方法对应的电流相角条件、基本转速和最大转矩。利用电机数学模型和不同电流控制规律建立了永磁同步电机运行性能仿真模型,避免了传统双闭环模型中控制器参数对仿真结果的影响。在此基础上深入研究了电机永磁磁链、凸极率、电枢电阻三个参数对电机基本转速、输出转矩等运行性能的影响,据此指出了电机电磁设计时应遵循的一般规律。     

盘式永磁电机齿槽转矩的分析与抑制

在对用于油田抽油机的大力矩低速盘式永磁电机的研究过程中,为削弱齿槽效应所引起的转矩波动,采用了一种以有限元电磁场计算为基础的磁极尺寸优化设计方法,确定了采用磁极分段移位法时的最佳位移量,并通过优化分段磁钢的径向尺寸,实现了削弱齿槽转矩的目的。研究结果表明,该设计为大力矩低速盘式永磁电机设计提供了参考依据。     

Analysis of the magnetic force and the torque in a brushless DC motor

As permanent-magnet motors and generators produce torque, vibration occurs through the small air gap due to the alternating magnetic forces created by the rotating permanent magnets and the current switching of the coils. The magnetic force can be calculated from the flux density by finite element methods and the Maxwell stress tensor in cylindrical coordinates. The transition of the magnetic force with the rotation of rotor and the commutation of current, was analyzed by assuming the quasi static magnetic field. The cogging and the commutating torques were also investigated by integrating the magnetic shear force in a small air-gap. In addition, the characteristics of these forces and torques were also investigated by multi-dimensional spectral analysis, so that this paper makes it possible to predict the frequency spectrum of magnetic force and the torque in a brushless do motor.     

低速大力矩圆筒永磁直线电机齿槽力分析

为削弱圆筒永磁直线电机的齿槽力,采用了一种基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出了圆筒直线电机与结构参数有关的齿槽力表达式。在此基础上,研究了定子极距所作的微小改变和极弧系数的优化选择对齿槽力的影响,提出了减少电机齿槽力的优化方案,并利用有限元法对其进行了验证。通过抽油机实际测试,其测试结果证明所提出的方法是正确有效的。     

外转子永磁轮毂电机的设计研究

阐述了轮毂电机在电动汽车上的优势,其有两种不同的结构形式,其中结构紧凑的直驱式外转子是目前研究热点。以外转子直驱式永磁电机为研究对象,介绍了绕组设计、槽极数组合选择和磁钢设计,并提出了降低齿槽转矩和不平衡磁拉力的措施等。最后以一台外转子轮毂电机为模型,对其性能进行了仿真分析,效果明显。     

基于DSP对永磁同步电机直接转矩控制技术的研究

首先讨论了永磁同步电机的结构、3个坐标系下的数学模型及其变换方法,实现交流电机多变量及其相互作用的解耦,将交流电机化简并等效成直流电机来进行分析.然后基于TMS320F2812,对永磁同步电机直接转矩控制系统的软硬件平台进行了设计,最后对控制效果进行了实验验证.     

EPS永磁无刷直流电动机齿槽转矩抑制方法

文章建立了快速分析永磁无刷直流电动机齿槽转矩的数学模型,分析了多种抑制齿槽转矩的方法,并提出了一种有效降低永磁无刷直流电动机齿槽转矩的全新转子结构,给出了齿槽转矩的计算波形,比较了直槽直极和分瓣斜极两种转子结构下齿槽转矩的大小,验证了这种方法的有效性。