优化隔磁桥对永磁同步电机输出转矩的影响

转子分段斜极能有效降低永磁同步电机(PMSM)转矩脉动,但会使电机平均输出转矩降低。为了解决这一问题,在转子分段斜极的基础上优化隔磁桥提高平均输出转矩。分析了转子分段斜极对电机齿槽转矩、空载反电动势、转矩脉动和平均输出转矩的影响,选取出最优的转子分段数和斜极角。在转子分3段,斜极角为5°的基础上,以保持转矩脉动不变为前提,通过优化转子参数H₍R_ib)和D_min找到最优的隔磁桥结构,平均输出转矩由138.5 N·m提升到147.2 N·m,说明所提方法的有效性。优化后齿槽转矩峰值由0.24 N·m降低到0.18 N·m,空载反电动势基波幅值由278.7 V提升到288.6 V且谐波畸变率基本不变,说明隔磁桥优化后能提高电机的其他性能。     

轴向分段式双爪极永磁电机设计与分析

永磁同步电机在高频率工况时,定、转子铁心损耗和永磁体涡流损耗都会增加,使电机温度升高,从而导致绝缘老化、永磁体退磁等。为了解决高频损耗增加的问题,设计了一台定、转子铁心材料均为软磁复合材料的轴向分段式爪极定子、单段式爪极转子的双爪极电机。类似于双凸极结构会出现转矩脉动过大的问题,采用转子磁极偏移和定子斜极相结合的方式降低转矩脉动。最后,对电机的电磁设计和温度分布进行分析,验证设计的合理性。对于爪极参数的选取,研究主要尺寸比、极弧系数、转子磁极偏移距离和定子斜极角度对双爪极电机的气隙磁密、空载反电动势、转矩及转矩脉动的影响。     

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。     

软磁复合材料横向磁通永磁电机的齿槽转矩优化设计研究

齿槽转矩是永磁电机的一个固有属性,它是引起永磁电机产生转矩脉动的主要原因之一。在降低永磁电机的齿槽转矩方面,最常见的办法有斜定子槽,凹定子齿,偏移转子磁极和匹配定转子极对数等。本文的主要工作是使用优化转子磁极尺寸,优化磁极偏移角度,和结合这两种方法使用微分进化的算法来减小软磁复合材料横向磁通永磁电机的齿槽转矩。本文使用三维有限元方法来计算电机的齿槽转矩和其他相关电磁参数,且通过实验可以验证计算方法的准确性。通过对上述几种优化结果的比较,表明了,使用转子磁极偏移一定的角度是最为有效的减小横向磁通永磁的电机的齿槽转矩的方法,和结合优化磁极尺寸的方法能够进一步优化电机的转矩性能。     

阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响

针对双定子磁通反向电机存在齿槽转矩过高,引起噪声振动的问题,采用阶梯形转子代替传统转子来削弱齿槽转矩。基于磁共能法,推导了双定子磁通反向电机齿槽转矩的解析模型,解释了阶梯形转子抑制齿槽转矩的原理。应用有限元方法,分别研究了各层阶梯块极弧系数对齿槽转矩和反电动势的影响。以齿槽转矩最小、反电动势谐波最小、反电动势幅值最大为综合优化目标,采用遗传算法,对不同层阶梯块的参数进行优化。结果表明,优化后的电机齿槽转矩降低了95.7%,额定负载时转矩波动从32%降低到2.4%,而平均转矩只下降了14.5%。     

定子永磁式双转子电机电磁性能分析

为了提高双转子电机的转矩密度,实现其应用于混合动力汽车驱动系统的小型轻量化和平稳运行的需求,提出一种三相12/22/12极定子永磁式磁通切换双转子电机结构,其绕组和永磁体均位于外定子和内转子上,外转子上无绕组和永磁体,避免了外转子的冷却问题。对定子永磁式磁通切换双转子电机的拓扑结构及工作原理进行了介绍,采用有限元方法对电机磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、空载反电动势、电感及转矩等电磁性能进行了分析。研究结果表明,提出的定子永磁式磁通切换双转子电机结构具有内外电机磁场耦合小、空载反电动势正弦性好、转矩密度大、转矩脉动小的特点,并通过原理样机实验结果验证了电机设计的有效性。     

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。     

定子永磁型磁通切换电机齿槽转矩及其抑制技术

齿槽转矩是永磁电机特有的问题之一,其产生原因是在不通电的情况下永磁体与有槽铁心的相互作用。磁通切换永磁电机作为永磁电机的一种,由于其特有的双凸极结构和聚磁效应,导致该电机的齿槽转矩比常规转子永磁型电机大,从而引起电机转矩脉动、振动和噪声,尤其会影响电机低速时的性能。首先介绍了磁通切换永磁电机齿槽转矩的产生机理,在此基础上介绍了解析法和有限元法这两种通用的齿槽转矩抑制方法,并总结了其各自优点和缺点。针对磁通切换永磁电机这一特定电机类型,从本体角度分析各种抑制齿槽转矩的研究方法,并进行了总结。讨论了在电机设计初始阶段的一些抑制措施和辅助的方法,如斜极、辅助槽和削角等。最后,对该电机齿槽转矩未来的研究方向进行了展望。     

一种抑制盘式永磁电机转矩脉动的方法

针对盘式永磁电机气隙磁密和反电动势中含有谐波、存在转矩脉动的问题,提出了一种磁极形状优化方法以降低盘式永磁电机气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率、抑制转矩脉动。 建立了盘式永磁电机的等效磁网络模型,基于此模型解析计算出电机的空载反电动势,并通过有限元法进行了仿真验证。在确定最小气隙长度前提下,对不同磁极整形方法（即不整形、圆弧削极、偏心圆弧削极）气隙磁密、反电势、转矩脉动这些电磁性能进行了比较,得出了最佳优化方案。结果表明,优化设计后,气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率明显减小,转矩脉动得到抑制。     

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。     

转子分段斜极在永磁同步电动机中的应用分析

转子分段斜极是一种能有效削弱齿谐波、改善电机齿槽转矩和转矩脉动的方法.引入斜极系数、永磁转矩削弱系数以及磁阻转矩削弱系数分析了分段斜极对永磁同步电动机反电势波形和电磁转矩的影响,揭示了分段斜极和定子斜槽的区别,并提出了分段斜极转子轴向分段数的选择原则和最佳斜极角的计算方法.有限元仿真和实验结果验证了结论的正确性.     

永磁同步电机转子结构优化设计

为降低内置式永磁同步电机输出转矩脉动,研究了一种采用折线形永磁体,转子铁心表面采用分段圆弧结构,并在圆弧连接点处开角形槽的转子优化设计方法。介绍了转子的拓扑结构,并对磁场及齿槽转矩进行了解析分析;利用Maxwell 2D软件分析了反电动势谐波与齿槽转矩分布情况;采用Taguchi法确定关键参数的最佳取值组合,并与传统"一"形结构电机性能进行对比。仿真结果表明,该优化设计方法能有效降低内置式永磁同步电机的输出转矩脉动。     

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。     

永磁游标电机的研究及其优化

针对双极性表贴式永磁游标(SPMV)电机永磁体利用率低、涡流损耗大等问题,采用单极性转子的电机结构,并在调磁齿槽中内嵌一层极性相同的永磁体,以提高电机性能。使用Ansoft软件对双极性SPMV电机的理论推导的正确性进行验证,并对比分析了双极性SPMV电机和单极性IPMV电机,得出单极性IPMV电机永磁体利用率高、损耗小,但它的转矩下降约12 N·m,比双极性SPMV电机减小约23.1%。为提高转矩,在单极性IPMV电机的调磁齿槽中内嵌永磁体并对嵌入的永磁体厚度进行优化,得出厚度为4 mm时,转矩比双极性SPMV电机和单极性IPMV电机的分别提高约26 N·m和38 N·m,增加了约50%和95%,永磁体涡流损耗比双极性SPMV电机减小约20 W,降低了10%。     

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。     

磁通切换双定子电机定位力矩抑制方法研究

磁通切换永磁(FSPM)电机具有功率密度高、输出转矩大、反电动势正弦等优点,与传统永磁体位于转子的永磁同步电机、无刷直流电机相比,FSPM电机存在较大的转矩脉动,这也一定程度上限制了该类电机在诸如高精度运动控制、伺服系统等领域的应用和推广。针对磁通切换双定子电机,提出了一种"内、外电机错位设计与控制"的方法,并进行理论分析和实验验证。在电机本体设计上,采用磁路并联式同心圆结构,同时将内、外定子之间错开一个角度;控制时,通过控制内、外定子电流相位,以达到明显抑制定位力矩的目的。仿真分析和实验研究均表明,该方法能使电机在保持高转矩密度的同时,能有效降低了该类电机的总转矩脉动,为该类双凸极类双定子电机的转矩脉动的抑制,提供了一种行之有效的方法。     

转子分段斜极对内置式永磁同步电机性能的影响

转子分段斜极在削弱齿谐波,降低齿槽转矩和转矩脉动的同时,也会对电机在恒转矩区域的峰值转矩和不同电流下转矩最大值时的转矩角的取值产生影响。在内置式永磁同步电机模型的基础上,通过理论分析和有限元计算,分别对电机转子单边分段斜极、双边分段斜极及其不同转子分段数对电机性能的影响进行研究。     

分段斜极EPS电机齿槽转矩的研究

文章介绍了目前电动助力转向永磁无刷直流电机降低齿槽转矩的方法,根据分段斜极电机齿槽转矩的计算公式,建立电机转子分段斜极等效2D有限元模型,代替3D模型。计算和分析电机的齿槽转矩,对比了转子分段斜极和直极电机的齿槽转矩,通过试验和仿真的对比,验证方法的可行性。并对电机分块定子结构进行FFT分析,得出电机齿槽转矩离散性大的主要因素。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 k W样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。     

无轴承交替极永磁电机磁极形状优化设计

为了优化无轴承交替极永磁电机性能,从转子结构入手分析交替极转子结构及绕组形式对空载反电势、齿槽转矩等空载特性的影响,提出一种转子磁极离心的磁极形状优化设计方法。通过对比磁极优化前后空载和负载性能发现磁极形状优化对抑制反电势谐波、减小齿槽转、降低转矩脉动等具有积极意义,但同时也导致平均转矩和平均悬浮力的损失。为弥补平均转矩和悬浮力损失,提出采用适当增加转子外径、减小气隙长度的设计方法。最后利用有限元分析对比结构优化前后的基本电磁特性,电机转矩常数由0.155 N·m/A升至0.181 N·m/A,转矩脉动由30.4%降为12.1%;额定悬浮力由14.6 N升至23 N,悬浮力脉动由8%降为7.8%,最大径向耦合由7%升至7.7%。