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。     

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。     

基于不同极弧系数的盘式电机齿槽转矩的削弱方法

针对盘式永磁电机齿槽转矩的负面影响,提出了不同极弧系数组合和分段磁极的方法。基于傅里叶级数和能量法分析推到出齿槽转矩表达式,得出削弱齿槽转矩的优化方案。利用有限元软件仿真求出极弧系数与齿槽转矩和反电势波形关系图,得出极弧系数的最优化选择时0.733。通过不同极弧系数组合磁极分段和磁极分段与极弧系数为0.733对比分析,得出两种方案齿槽转矩的削弱能力和优点。     

一种削弱永磁同步电动机齿槽转矩的方法

为了研究实心转子永磁同步电动机的削弱措施,结合永磁电机永磁体极弧系数和永磁体不对称放置的方法,提出了一种仅改变实心转子非磁性槽楔的齿槽转矩削弱方法.通过非磁性槽楔的变化改变一个磁极的极弧宽度,其余磁极宽度不变,同时保持各个非磁性槽楔的宽度相同,通过合理的选择槽楔的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩.通过解析法研究了采用该方法后实心转子永磁同步电动机齿槽转矩的表达式,得到了永磁体剩磁平方的傅立叶分解表达式.据此得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式和磁极极弧宽度的确定方法.该方法仅改变了槽楔的形状,对电机结构影响较小,且合适极弧宽度组合较多,有限元验证表明该方法可有效地削弱齿槽转矩.     

内置式同步电机转子分段移位的性能分析与参数计算

转子分段移位能有效削弱相反电势中的齿谐波,降低齿槽转矩和转矩脉动.在有限元仿真计算的基础上,分析转子分段移位数对内置式永磁同步电机相反电势齿谐波及齿槽转矩的削弱效果,并揭示出转子分段移位数与被削弱齿谐波次数之间的关系.分析验证转子分段移位结构的d-q轴电感计算方法,以及对磁阻转矩的削弱影响.     

表贴式PMSM极弧系数对纹波转矩的影响

纹波转矩是各类永磁同步电动机关注的性能指标之一.纹波转矩是定子磁动势谐波与转子磁场谐波相互作用产生的谐波转矩,而引起转子磁场谐波的因素有很多,如极弧系数、槽口宽度、气隙长度等.以表贴式永磁同步电动机为例,在不同的极弧系数下,利用有限元软件分析如何削弱纹波转矩.     

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。     

V型内置式永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究

齿槽转矩的削弱是永磁同步电动机研究的重点之一。根据齿槽转矩解析表达式,研究了最优极弧系数的确定方法。建立了V型内置式永磁同步电机极弧系数的参数化模型,通过修改转子参数,使电机极弧系数趋于最优值,从而永磁电机的齿槽转矩能够得到降低。有限元仿真验证了该方法的有效性。     

负载对分数槽永磁电机转矩波动的影响

为了削弱分数槽永磁电机的转矩波动,提高控制精度,详细分析了负载对气隙磁密、反电势、电感和转矩波动的影响,得出转矩波动次数相对齿槽转矩次数的变化规律由电机的每极每相槽数确定,提出了一种根据转矩波动的次数和磁钢分段数设计磁钢分段斜极角的方法,并利用Ansoft Maxwell 2D有限元分析软件对该方法进行了计算机仿真分析,通过6种极槽配合电机的仿真结果表明,提出的方法相比于基于齿槽转矩次数设计磁钢分段斜极角的方法,对转矩波动的削弱效果能提高40%以上,效果明显。     

转子分段斜极对永磁伺服电机性能的影响

着重研究不同分段斜极段数对转矩波动和噪声的影响。通过Ansoft软件进行3D电磁场计算,并将3D场计算的气隙磁密进行矢量相加,利用Ansys软件将叠加后的平均气隙磁密进行2D声场计算,将分段斜极复杂的3D声场计算简单化,同时提出一种将转子分成两段斜极结构的简单工艺,并总结了满足该工艺的设计要求。通过试验验证,该仿真计算与试验基本一致,为该类电机设计计算提供参考。     

双凸极永磁电动机转矩脉动分析

双凸极永磁电动机是一种新型高性能宽调速电动机 ,正日益受到重视 ,但该电动机的输出转矩中含有较明显的脉动分量。本文分析了转矩脉动产生的原因 ,导出了转矩脉动率的函数表达式 ,在此基础上提出了减小转矩脉动率的开关角调节法和转子斜槽法 ,仿真分析表明了二者的正确性和有效性     

转子分段斜极永磁同步电机电磁振动噪声研究

基近年来永磁同步电机(PMSM)以其高效、节能的优点被广泛应用于电动汽车行业。然而电机的高频噪声已成为限制PMSM发展的关键因素。鉴于此,建立了一种能够进行电磁噪声预测的多物理场仿真模型,验证了所建立的仿真模型在预测和评估电磁噪声方面的有效性。另外,提出了一种可影响电磁噪声的转子分段斜极模型,并详细研究了斜极角对电磁噪声的影响。通过研究对电磁噪声影响较大的低阶径向磁力的光谱特性,比较分析了有无转子分段斜极的永磁同步电动机的电磁噪声特性分布。实验结果表明:在不同的斜极角下径向力密度的光谱是不同的;在频率范围内有转子分段斜极电机的SPL高于无转子分段斜极电机的SPL;所构建的基于多物理场的仿真模型能够很好地预测电磁噪声。     

Issues in reducing the cogging torque of mass-produced permanent-magnet brushless DC motor

A variety of techniques are available to reduce cogging torque in permanent-magnet brushless DC motors. Theoretically, all the techniques are quite effective for minimizing the cogging torque. This paper presents the efficacy of these methods in mass production subject to manufacturing tolerances/variations. The cogging torque minimization becomes a challenging task when the requirement is very stringent in applications such as electric power steering and robotics. Some of the known techniques for reducing the cogging torque are the magnet pole design, skewing, step skewing, and dummy slots in the stator lamination. They will be discussed in this paper considering manufacturing tolerances/variations when used in mass production. Finite-element analysis is carried out to determine the worst case scenarios. The research demonstrates that the cogging torque amplitude and frequency are highly sensitive to magnet shapes, dimensions, locations and magnetization pattern, as well as slot/pole combination. In reality, the cogging torque may not be eliminated completely but minimized to a satisfactory level depending on the application requirements.     

转子斜槽电励磁双凸极发电机静态特性分析

转子直槽电励磁双凸极发电机存在电压纹波大的缺点．本文以发电机的电压纹波为出发点，详细分析了转子斜槽对双凸极电机性能产生的影响，同转子直槽型结构的电机进行了对比，最后对直槽和辑槽转子结构的12／8极电励磁双凸极电机进行了试验。试验结果与仿真结果相一致。转子斜槽结构能有效减小输出电压纹波。     

A new approach to reduction of the cogging torque in a brushless motor by skewing optimization of permanent magnets

This paper presents a new approach to the skewing optimization of permanent magnet poles in a two-phase brushless d.c. motor in order to effectively reduce its cogging torque. The effect of skewing is obtained by a proper angular dislocation of permanent magnet slices. Skewing optimization is carried out with respect to the number of pole slices and their mutual angular dislocation. A natural criterion of optimization is assumed by the minimum standard deviation of the cogging torque. Since employing a full-size three-dimensional (3D) finite element method model of the motor in the skewing optimization problem would lead to prohibitive computational burdens, a new simplified 3D model is developed for the multisliced pole structure. The simplified method for torque calculations makes the optimization task feasible at reasonable computational cost. Solutions obtained clearly exhibit that the torque pulsation can be effectively reduced by appropriate skew-like shaping of permanent magnets. Simulation results on cogging torque minimization are in very good agreement with experimental data obtained from a prototype motor.     

自起动永磁同步电动机齿槽转矩的研究

永磁电机中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.该文提出了一种针对自起动永磁同步电动机的解析分析方法,得到了齿槽转矩的解析表达式.基于所导出的表达式,根据产生机理的不同,将齿槽转矩各分量分为4类,对各类齿槽转矩的特点进行了分析,并研究了斜槽对各类齿槽转矩的影响,研究表明：与表面式永磁电机不同的是,在自起动永磁同步电动机中采用斜槽的方法不能消除所有的齿槽转矩.     

一种磁悬浮永磁直线电动机的电磁力特性

为消除直线电机数控机床进给系统的摩擦阻力,提出一种自身产生磁悬浮力的磁悬浮永磁直线同步电动机.从描述磁介质的分子环流假设出发,用毕奥-萨伐尔定理导出永磁体外部空间磁场分布的解析表达式,并基于由磁荷法和虚位移法给出的永磁体磁力数值积分公式,椎导出电机悬浮力波动的解析模型,说明斜极对电机悬浮力的影响.利用Maxwell 3D软件建立三维有限元瞬态分析模型,结果证明该磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生独立并可控的推力和悬浮力.进一步建立斜极结构下电动机的三维有限元模型,分析结果表明采用斜极结构可以有效的减小电机推力和悬浮力的波动.     

A high-power electrostatic motor using skewed electrodes

This paper describes a new type of high-power electrostatic motor equipped with skewed electrodes. The authors have developed several types of high-power electrostatic motors. Among them, the dual excitation multiphase electrostatic drive (DEMED) has the best performance in terms of power. Its power/weight ratio is almost the same as that of the most advanced conventional electromagnetic motors. However, DEMED exhibits a large force ripple leading to such disadvantages as low controllability, high noise, and vibration. To overcome these disadvantages, the authors have proposed to apply the skew technique to DEMED and have analyzed the effects of skewing the electrodes. The analysis has shown that appropriate skewing can reduce the force ripple considerably. In this paper, we further analyze the shape of the electrodes. A new type of motor incorporating the results of the analysis is fabricated and tested. Using the new DEMED with skewed electrodes (V-DEMED), the slider motion becomes much smoother, noise and vibration are reduced, and efficiency improves, without compromising the thrust force. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 125(3): 50–58, 1998