圆筒型永磁直线电机齿槽力解析

针对圆筒型永磁直线电机齿槽力解析计算不够准确的问题,提出了一种利用能量法解析研究齿槽力的方法。利用许—克变换计算出了该种结构的无槽和开槽后的基本气隙磁场强度,计算出气隙最小处的气隙磁场强度,最终得出整个电机的气隙磁场强度。根据得到的气隙磁场强度公式得出电机能量,结合电机能量和齿槽力的关系推导出齿槽力解析公式,并使用有限元法仿真和样机实验结果验证所提方法的有效性和准确性。结果表明:解析法、有限元法计算和实验测量的齿槽力规律完全一致,峰值分别为22.2、20.8、0.9 N,三者结果吻合较好。该方法是一种快捷、有效、计算精度高的方法。     

基于斜磁极的盘式永磁电机齿槽转矩削弱方法

采用基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出盘式永磁电机在斜极前后的齿槽转矩解析表达式,研究整体磁极斜极与分段磁极斜极对齿槽转矩的不同影响.在此基础上,提出通过确定磁极分段数量、优化分段磁块径向尺寸及选择合适极弧系数来进一步削弱齿槽转矩的方法,利用有限元法进行仿真分析,并将此方法应用于抽油机用盘式电机的转子结构设计.实验结果表明,采用分段磁极斜极方法对削弱盘式永磁电机的齿槽转矩具有理想的效果.     

田口方法在永磁同步电机结构优化中的应用

针对永磁电机传统局部优化方法不能实现多目标优化的问题,提出了一种基于田口方法的优化方法。通过运用田口方法对分数槽集中绕组永磁同步电动机的气隙长度、极弧系数、永磁体厚度、定子齿宽和槽口宽度进行优化,使电机效率、齿槽转矩、单位质量永磁体产生转矩等性能最佳。利用田口正交实验建立正交矩阵,并结合统计学,分析各优化变量对优化目标的影响,最终得出多优化因子的最佳组合。利用有限元法对优化后的电机进行二维瞬态场分析,得到电机在负载条件下磁场分布以及相关特性。实验数据及相关分析表明,田口方法适用于分数槽集中绕组永磁同步电机的优化设计,并且能有效地抑制电机的齿槽转矩。     

内置式永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

为抑制永磁同步电机齿槽转矩,减少电机振动与噪声,提出一种定子齿顶开辅助槽与转子外圆偏心的结构来抑制齿槽转矩,提升电机的输出性能.首先建立了定子齿顶开槽前后与主气隙分布函数解析式,分析定子开槽与电机主磁场分布及齿槽转矩的关系,同时分析了转子外圆偏心后对齿槽转矩的影响.以内置3相8极48槽V型永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿顶辅助槽个数、槽宽、槽深、槽位置以及转子外圆偏心距等参数进行优化对比分析,获得最优的参数匹配.结果表明：定子齿顶双矩形对称开槽以及转子外圆偏心的方式能有效改善主气隙磁场分布,抑制电机齿槽转矩,优化后的电机气隙磁密5、11、15、17谐波幅值下降明显,电机齿槽转矩峰值降低了59.6%,反电势波形正弦性增强,平均转矩提升,电机输出性能明显改善.     

转子临界转速的求解方法比较

工程中的各种高速转子都需要确定其临界转速,以确保其在安全的转速范围工作,不发生共振.以一种实验型转子为研究对象,分别采用解析法和基于ANSYS的有限元法对其临界转速进行求解;再利用实验测量的方法测得该转子的临界转速值;把用解析法和有限元法计算所求得的数值与用实验所得实测值进行比较和分析,考查解析法和有限元法计算的准确性、可行性.结果表明基于ANSYS的有限元法对转子临界转速的计算准确性高,计算方便,为工程上其它转子临界转速的求解提供方法依据.     

直驱采油用永磁同步电机削弱齿槽转矩优化

提出削弱永磁同步电机齿槽转矩的优化设计方法.在永磁电机设计过程中影响齿槽转矩的参数有多个,但每个参数对齿槽转矩的影响程度不同,为了节约设计时间与成本,采用Plackett-Burman设计从多个设计参数中筛选出影响齿槽转矩的显著因子.应用响应面法(RSM)建立显著因子与齿槽转矩的二阶响应模型并判定拟合模型的有效性,采用有限元法(FEM)分析实验安排以确定回归系数.采用遗传算法(GA)寻优,找到使齿槽转矩最小的最佳解.根据优化结果进行有限元分析可知,与初始值相比,齿槽转矩显著降低,这在很大程度上提高了电机运行的稳定性,降低了运行过程中产生的噪声.通过样机试验证明了该优化设计方法的有效性.     

考虑互热影响的直埋电缆温度场解析计算

IEC标准求解直埋电缆暂态温升时,土壤部分温升采用指数积分公式计算,电缆部分则采用热路模型,求解导体温升需要对电缆和土壤分别分析,增加了计算的复杂性.电缆间的互热效应及土壤对电缆温度场的影响可通过土壤热路模型模拟,与电缆部分的热路模型结合形成完整的RC热路模型.首先根据标准中给出的求解公式计算模型中各层的热阻、热容、热源,然后以有限元法求得的电缆温度场为基准,验证了新模型在稳态及暂态计算时的准确性,最后将模型应用于实际工程计算中.结果表明：当电缆集群敷设时,新模型可正确模拟电缆群的稳态温度分布;计算电缆暂态温升时,与有限元仿真结果相比,解析法的最大误差为3.2℃,平均绝对值误差在0.57℃之内.新模型的误差在工程允许范围内,可用来快速计算电缆周围存在热源时的温度分布.     

表贴式永磁电机电枢反应磁场的子域模型

将表贴式永磁电机的电枢反应磁场划分为气隙子域(包含永磁体区域)、定子槽子域和定子槽开口子域,求解各个子域上的泛定方程得到其通解;施加通过考虑转子偏心的一阶摄动法得到的边界条件和分界面条件,来求得每个子域上电枢反应磁场的解析解.建立可以精确考虑定子槽、定子槽开口和转子偏心影响的表贴式永磁电机电枢反应磁场的解析子域模型,将解析模型的计算结果与采用有限元法得到的计算结果进行对比,结果表明:该解析模型可以精确地预测含有齿槽效应和转子偏心（静偏心、动偏心及两者组合）影响的表贴式永磁电机的电枢反应磁场.     

基于导重法的叉车门架轻量化设计

针对大型复杂机械设计余量过大的现象,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法对某型号内燃叉车的门架结构进行全局轻量化设计. 推导强度、刚度等多性态约束条件,搭建导重法单目标、多性态约束优化模型,利用Lamker算法求解Kuhn-Tucker乘子;灵敏度计算采用带有经典误差修正项的半解析法（ESA）,引入单元误差修正项,消除刚体转动位移带来的误差;结合导重法,解决了容重和导重难以求解的问题. 利用有限元法,对优化后的门架结构进行强度和刚度校核. 结果表明,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法效果显著,使得叉车门架质量降低18.21%,优化后的门架强度和刚度满足设计要求.     

点源二维直流电阻率法正演模拟

从点源二维电场边值问题出发,利用傅里叶变换将三维问题转换为二维问题,而后使用有限元法求解正演变分问题得节点电位。对三种常用解大型有限元线性方程组解法的计算机时进行试算统计,认为共轭梯度法计算速度较快。最后,通过对比均匀半空间模型有限元数值解和解析解的误差,以及对四个模型分别进行正演模拟试算,算例结果表明本文采用算法具备较好的模拟效果。     

Optimization of rotor shape for constant torque improvement and radial magnetic force minimization

The design of notch and barrier was optimized in order to improve the characteristics of constant torque while minimizing the cogging torque that occurs as a result of teeth and slot structure. The barrier was installed in order to minimize the cogging torque and torque ripple by finite element method (FEM) with a reduced barrier width toward the center of magnetic pole. The position and width of notch, which can offset cogging torque, can be calculated with energy distribution of air-gap using Fourier series. The optimized model demonstrates a 60% decrease in the cogging torque, a 75.3% decrease in the torque ripple and a 3% increase in the operating torque when compared with the basic model.     

采用磁性槽楔改善无刷直流电机的气隙磁场

在永磁无刷直流电机(PMBLDC)中,转矩脉动是需要解决的主要问题之一。对引起转矩脉动的主要因素——齿槽效应,进行了仿真分析。为了减小因齿槽变化而引起气隙合成磁场的畸变,采用磁性槽楔以达到减小槽口宽度的效果,使气隙沿周向趋于均匀。通过有限元分析软件——ANSYS软件,对同一无刷直流电机在相同载荷情况下进行仿真比较,结果表明装有磁性槽楔的电机要比无磁性槽楔的电机气隙磁密波形平滑,气隙磁场波动明显减小,因此采用磁性槽楔是可以使气隙磁场波形更趋于矩形波,减小气隙磁阻的变化,削弱磁阻转矩,进而减小转矩脉动。同时,仿真结果也显示了采用磁性槽楔能起到减小永磁体漏磁的作用。     

晶圆清洗机无刷电机齿槽转矩的仿真分析

齿槽转矩对无刷电机低速性能产生重要影响．采用计算机仿真方法研究晶圆清洗机无刷电机的齿槽转矩问题,包括极槽配合、磁极以及定子斜槽／转子斜极对无刷电机齿槽转矩的影响,在此基础上提出晶圆清洗机无刷电机的优化设计方案。     

极宽调制式永磁电机削弱齿槽转矩分析与实验

由于齿槽转矩的存在会使电机产生转矩振荡和噪声,根据齿槽转矩的产生机理,对比现阶段抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制式永磁电机在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元电磁场分析软件Ansoft对传统表面式永磁电机和极宽调制式永磁电机进行模拟仿真,计算两种结构永磁电机的齿槽转矩,并设计构建一个由角度传感器、永磁电机、扭矩扳手等器件组成的齿槽转矩测试系统,并对两种不同结构样机的齿槽转矩进行实验.实验结果与Ansoft仿真结果具有一致性,证明了极宽调制式电机降低永磁电机齿槽转矩方法的正确性,极宽调制方法也是削弱齿槽转矩的有效方法.     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

开关磁通永磁同步电动机设计与静态特性

为了获得较宽的恒功率弱磁调速区域,设计出一台12/10极开关磁通永磁电动机.根据电动机的结构特点、运行原理并结合双凸极永磁同步电动机的设计方法确定电动机主要尺寸的初始值,在Ansoft软件中建立电动机的物理模型,基于有限元法研究电动机在特殊位置下的磁场分布、气隙磁密、静态特性、弱磁特性及结构尺寸变化对转矩的影响.分析结果表明,该电动机弱磁效果明显,定位力矩幅值偏大,改变永磁体磁化方向的长度和转子齿宽可以有效地降低定位力矩,研究结论对电动机的优化设计、分析及控制提供了依据.     

基于BP神经网络的永磁直线同步电机齿槽力预估器

为了减小永磁直线同步电机（PMLSM）齿槽力的波动，采用二维电磁场有限元方法，结合动态分网来描述PMLSM定、动子间的相对运动.考虑非线性磁饱和的影响,对槽形尺寸、斜槽、闭口槽、气隙、分数槽等影响下的齿槽力进行了分析.计算结果表明，分数槽是有效减小PMLSM齿槽力波动的重要措施.将模拟计算得到的槽形、气隙对齿槽力波动的影响作为神经网络的训练样本，结合动量法和自调节学习规则，构建了基于BP神经网络的齿槽力预估器.通过该预估器，可以在PMLSM设计阶段对槽形尺寸、气隙大小进行合理的选择.     

永磁材料及温度对内置式永磁电机性能及转矩脉动的影响

研究了不同的永磁材料及其温度对内置式永磁电机的性能影响。给出了现代牵引电机二维有限元瞬态模型,采用有限元方法计算了不同型号的铷铁硼永磁材料及不同温度时电机的转矩、转矩纹波及齿槽转矩,并对其进行了比较分析。其结论对电机设计研究者及工程师具有指导参考意义。