改进新型齿结构对磁通切换永磁电机转矩指标的影响

基于12槽/10极磁通切换永磁电机(FSPMM)提出了定子切边齿、转子U型槽齿、转子凸缘齿3种新型齿形,以有效减小FSPMM电机的齿槽转矩和转矩波动。通过2-D有限元法从平均转矩、齿槽转矩、转矩波动等方面对不同新型齿形的FSPMM的性能进行了全面的分析和评估。结果验证了所提出的3种新型齿形状,特别是转子U型槽齿和凸缘齿可以减小齿槽转矩和转矩波动,平均转矩只有轻微的减小。     

轴向磁通电机偏心转矩动态预测方法研究

提出了一种轴向磁通电机偏心转矩动态预测方法.建立了轴向磁通电机偏心磁场模型,给出了轴向磁通电机偏心转矩动态预测方法的实现过程.对不同轴线偏移距离和偏转角度的输出转矩进行了计算,并给出了输出转矩平均值和幅值的实验结果对比.结果 展示了电机输出转矩在不同轴线偏移距离、偏转角度下的变化规律.     

定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响

在简述齿槽转矩产生机理的基础上,根据解析表达式讨论了定子槽数对齿槽转矩的影响。并建立电机电磁场模型,通过有限元法,定量分析永磁电机齿槽转矩,对不同结构的辅助槽对应的齿槽转矩进行对比计算,并对定子齿开槽对齿槽转矩的影响进行分析。结果表明,合理的定子齿开槽可以有效抑制齿槽转矩。     

削弱反磁通电机齿槽转矩的两种新方法

由于定子上永磁体的存在和定转子双凸极齿槽结构,反磁通电机不可避免地存在齿槽转矩,齿槽转矩会引起电机的振动和噪声问题,对于低速运行和要求平稳运行的场合不容忽视,严重时甚至会影响电机的正常运行.本文提出削弱反磁通电机齿槽转矩的两种新方法:转子分段法和定子极弧宽窄成对加转子分段法,通过电磁场有限元分析,证明这两种方法在基本不影响反磁通电机感应电动势的前提下,很好地削弱了齿槽脉动转矩.这两种方法制造工艺简单可行.     

定子辅助齿尺寸对永磁牵引电机齿槽转矩的影响研究

以一台36槽30极大功率永磁牵引电机为例,采用有限元法,建立了电机二维电磁场模型,计算了辅助齿宽度和高度变化后永磁牵引电机齿槽转矩的变化趋势。结果表明,增加辅助齿后可以降低齿槽转矩的大小,选择合适的辅助齿宽度和高度尺寸可以显著降低齿槽转矩。     

表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。     

新型双转子磁通切换电机的设计及转矩特性的研究

磁通切换电机具有功率密度高、转矩密度大等优点,并且具有较宽的调速范围,在混合动力汽车上受到广泛应用。针对混合动力汽车需要电动机提供较大出力的需求,本文设计了一台新型双转子磁通切换电机,并采用有限元仿真进行了验证,结果表明该电机的输出转矩比传统的磁通切换电机提高了10%。最后通过优化定子齿的结构来削弱齿槽转矩,并取得了很好的效果。     

E型铁心开关磁通电机的电磁性能解析计算

由于复杂磁路的影响,开关磁通电机电磁性能的解析计算是个难点。采用子域法,通过子域划分、建立偏微分方程与通解、确立边界条件和积分常数求解等步骤建立E型铁心结构开关磁通电机的解析模型,计算得到了各子域矢量磁位、磁通密度、绕组磁链、电动势和电磁转矩,分析了不同定转子极数组合对绕组电动势和齿槽转矩的影响,得到了合适的极数组合。与有限元法计算结果的对比表明,空载时两者计算结果非常接近,负载时由于电枢反应磁场的影响,与非线性有限元相比,解析法会带来一定误差。虽然该解析模型不能考虑饱和的影响,由于解析法计算速度快,能得到规律性的结论,非常适合电机的初始设计和优化计算。     

定子齿顶开辅助槽削弱永磁电机齿槽转矩的方法

本文研究了定子齿顶开辅助槽削弱永磁电机齿槽转矩的方法,利用Ansoft软件计算不同宽度和深度辅助槽时的齿槽转矩,分析辅助槽的槽形尺寸对齿槽转矩的影响。研究表明,选择合适的辅助槽尺寸,可以进一步削弱齿槽转矩;若选择不当,反而会增大齿槽转矩。最后,给出了辅助槽槽形尺寸的选择范围。     

永磁同步电机直接转矩控制不合理转矩脉动

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动问题,依据永磁同步电机直接转矩控制理论,建立了永磁同步电机直接转矩控制系统模型,并分析了电压矢量对转矩的作用,得出以下结论:当定子磁链幅值与转矩角变化矛盾时,一定条件下转矩变化与定子磁链幅值的变化一致;此时传统开关表选择的电压矢量对转矩的实际作用与系统期望值相反,从而产生了不合理的转矩脉动.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.     

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。     

永磁同步电机低脉动直接转矩控制建模与仿真

针对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中转矩脉动过大的问题,基于电机的电磁转矩和转矩角之间的函数关系,建立了一种新的永磁同步电动机直接转矩控制数学模型.该模型通过控制转矩角实现正圆形定子磁链矢量轨迹,有效地减小转矩脉动;通过将转矩角增量直接映射为三相逆变器电子开关的导通时间,避免了磁链工作扇区判别以及电压空间矢量调制(SVM)技术中复杂的数学和逻辑计算.采用Matlab进行软件仿真表明,上述算法可以实现圆形定子磁链矢量轨迹,1N·m输出转矩时的转矩脉动不超过0.5%,在抑制转矩脉动、改善电机转子的动态性能方面具有良好的效果.     

低转矩脉动永磁电机的转子结构设计

本文对一台采用内置V型磁极结构的永磁同步电机进行低转矩脉动设计。首先,基于有限元方法,通过参数化仿真,确定了永磁体V形夹角对转矩脉动的影响。然后,以降低转矩脉动为目标设计转子结构,通过不等宽度隔磁桥与转子开孔设计,降低转矩脉动。仿真结果表明,转子采用新结构以后,不仅低了转矩脉动,同时利用转子铁磁材料的磁饱和效应,对加工误差有一定的容许度,具有良好的稳健性。     

基于模糊零矢量永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中的转矩脉动问题,对传统直接转矩控制中产生转矩脉动的机理、零矢量在永磁同步电机直接转矩控制中的作用进行了详细分析.通过采用带零矢量的模糊控制器代替传统的滞环比较器,构建了一种基于模糊零矢量的永磁电机直接转矩控制方法,实现了永磁同步电机磁链和转矩的协同控制,将磁链偏差和转矩偏差进行合理的模糊分级,有效地抑制了转矩脉动,同时保持了直接转矩控制的响应速度快和鲁棒性强的优点.仿真和实验验证了该方法的可行性和有效性.     

设计参数对盘式异步永磁联轴器转矩的影响

为减小永磁联轴器的径向尺寸以及转动惯量,通过Ansoft Maxwell对盘式异步永磁联轴器的工作过程进行仿真,讨论了永磁盘直径、永磁体厚度、永磁体极数等参数对联轴器所能传递转矩的影响,对比了不同功率、不同直径下永磁联轴器最优参数的差异。得出了适合Y132M-4电机(7.5k W)的盘式异步永磁联轴器的永磁盘最小直径为190mm,永磁盘直径和永磁体材料对其传递转矩影响较大,永磁体厚度和极数对其传递转矩影响较小。     

Magnet shape optimization of five‐phase surface‐mounted permanent magnet machine to improve torque performance based on equivalent permanent magnet method

This paper studies the magnet shape optimization of a five‐phase surface‐mounted permanent magnet (PM) machine to improve its torque performance. First, a sinusoidal PM with third and fifth harmonics (sine + third + fifth PM) is presented to enhance the torque. An equivalent PM method is then proposed to avoid the complicated interface conditions between PM and the air gap, making the derivation of torques with magnet shapes using 2‐D analytical models possible. Besides, the influence of PM edge thickness on torque improvement is considered. Moreover, under the condition that the copper losses of machines with different magnet shapes are kept unchanged, optimal harmonics of sinusoidal PM with third harmonic (sine + third PM) and sine + third + fifth PM are analytically derived. Finite element (FE) analysis is performed to validate the equivalent PM method and analytical results. Finally, machines with sine + third PM, sine + third + fifth PM and conventional (without shaping) PM are comparatively studied using nonlinear FE analysis and the experimental results of machine with sine + third + fifth PM are presented, verifying the effectiveness of the analytical optimization of magnet shape. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

永磁体不对称放置削弱内置式永磁同步电动机齿槽转矩

针对内置切向式转子结构磁极偏移时,每极磁密的大小和分布都不相同的问题,基于解析法研究了偏移角度的确定方法.与表面式永磁电机不同,内置切向式结构在永磁体不对称时,每极极弧宽度会发生变化,影响每极磁密的大小和分布,两者都对齿槽转矩有影响,因此确定永磁体位置时须考虑两者的影响.基于内置式永磁同步电动机齿槽转矩解析表达式,分析每极磁密大小与分布对齿槽转矩的影响,研究磁极偏移角度的确定方法,并与表面式永磁电机磁极偏移角度进行了对比.采用有限元法计算不同偏移角度对齿槽转矩有影响的磁密谐波和齿槽转矩,有限元计算结果表明,由于考虑了磁极偏移对每极磁密的影响,磁极偏移能有效地削弱齿槽转矩.