多层磁障转子同步磁阻电机设计研究

针对复杂的多层磁障同步磁阻电机（SynRM）,在定、转子快速设计方面进行研究。以1台3 kW、4极电机为例,对比不同绕组形式下SynRM的性能。为降低转矩脉动,提出典型C型磁障转子的简化模型。研究各参数对电机输出转矩和转矩脉动的影响,并借助多目标优化算法进一步优化磁障参数,为同类电机的设计分析提供参考。     

基于KELM-SAPSO的开关磁阻电机优化设计

开关磁阻电机由于其双凸极结构和铁芯磁通密度的高度饱和性,使得建立准确的非线性模型极其困难,传统的设计方法难以设计出最优方案。为了优化在起动过程中开关磁阻起动/发电机的转矩特性,缩短起动时间,首先采用传统设计方法设计了一台开关磁阻电机,并且选取了设计参数;然后针对非参数建模结构简单,容易辨识的特点利用核极限学习机进行非参数建模;最后使用模拟退火粒子群算法对平均转矩和转矩脉动进行多目标寻优。仿真结果表明,建立的非参数模型拟合精度高,优化后电机的平均转矩增加了3.95 N·m,转矩脉动减少0.23。仿真实验表明,核极限学习机和模拟退火粒子群相结合的算法适合于电机的设计与优化过程,具有参数设置少、泛化能力强、不易陷入局部最优解、耗时较少等优点。     

电动车用开关磁阻电机转矩控制器设计与优化

电动汽车用开关磁阻电机转矩动态特性对电动汽车整车动力性能与乘坐舒适性能起着至关重要的作用。为了降低开关磁阻电机转矩脉动,提高其平均转矩,达到优化转矩动态特性的目的,在MATLAB/Simulink环境中建立了开关磁阻电机非线性动态模型;利用动态模型仿真数据确立了电机转矩动态性能与转速、关断角之间的函数关系;以降低转矩脉动,提高平均转矩为目标,建立了最优关断角与转速之间的函数关系;设计了基于可变关断角的转矩优化控制器。仿真结果表明,本文建立基于可变关断角的转矩优化控制器能很好地降低转矩脉动,提高平均转矩,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。     

低转矩脉动同步磁阻电机磁障形状分析与优化设计

同步磁阻电机因其结构简单、调速范围宽,且无需永磁体励磁,与永磁同步电机相比具有成本低、可靠性高等优势。与此同时,同步磁阻电机存在转矩脉动较大和功率因数较低等缺点。针对同步磁阻电机转矩脉动高的问题,提出一种形状优化方法对同步磁阻电机的转子磁障形状进行优化,以降低其转矩脉动。首先提出分段线性插值方法确定转子磁障的边界,使获得的同步磁阻电机磁障形状具有任意性。然后结合序贯田口法和拟牛顿法对同步磁阻电机进行优化,进而减少优化所需时长。最后以降低转矩脉动和提高平均输出转矩为目标,对同步磁阻电机进行优化,与传统同步磁阻电机对比结果表明,应用所提出方法获得的磁障形状能够有效降低同步磁阻电机的转矩脉动。     

新型开关磁阻电机优化设计

为降低开关磁阻电机转矩脉动以及提高转矩出力,提出一种在定转子齿上依次开槽的优化设计方案,对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各个开槽参数对性能指标的影响,以性能指标最优为目标选取参数,并利用有限元方法分析了电流转矩特性验证效果。由于该方案无法对多个开槽参数协同优化,因此进一步提出方案二,即借助多学科优化工具optiSLang,使用多目标粒子群算法对开槽参数进行全局优化,得到Pareto最优解集后再使用TOPSIS法客观地从中选取出全局最优解。优化后,与未开槽时相比,转矩脉动下降了32.347%,平均转矩上升了12.594%,效果令人满意。     

基于改进粒子群算法的开关磁阻电机本体优化

针对开关磁阻电机多变量、高非线性以及传统设计过程无法快速而准确获得最优方案的问题,提出一种基于Kriging模型和改进粒子群算法的参数优化策略。首先建立多目标优化模型,采用田口正交方法进行敏感性分析,依据灵敏度大小将优化变量分为两个子空间;其次为提高多目标粒子群算法的收敛速度和全局寻优精度,引入天牛须搜索算法中环境感应机制和遗传算法中交叉变异策略;最后建立Kriging模型,利用改进粒子群算法对两个子空间参数进行迭代寻优。实验结果表明,优化后的转矩脉动减少23%,平均转矩提高2.3%,在大幅度减少转矩脉动情况下保持了较大平均转矩。结论是改进的粒子群算法与Kriging模型相结合策略适用于开关磁阻电机优化过程,可显著提高优化效率,保证求解精度。     

开关角对斜槽转子SRM稳态转矩的多目标优化

开关磁阻电机转子斜槽结构可有效减小电磁径向力,但会导致转矩特性变化。针对该问题,给出了线性模型下斜槽转子开关磁阻电机稳态转矩的解析方法,然后建立了四相8/6极开关磁阻电机模型,采用三维有限元仿真方法,计及端部漏磁,以电流开通角、关断角和转子斜槽角度为优化参数,以平均转矩变化量最小和转矩脉动最小为优化目标,基于正交试验法设计试验方案,通过极差和方差分析确定了相应参数的优组合,并将优化前后的转矩特性进行了比较,结果表明:小的斜槽角度对转矩特性的影响并不大,优化后电机的平均转矩相比优化前只变化了16.01%,但其转矩脉动下降了23.63%。     

低转矩脉动同步磁阻电机设计与优化

同步磁阻电机利用其直、交轴磁路磁阻不同而产生磁阻转矩,转子结构简单且避免了稀土永磁材料的使用,电机的加工和制造成本明显降低,但是存在转矩脉动大、功率因数低及效率有待提升的不足。为此,重点开展降低同步磁阻电机转矩脉动且提高其功率因数和效率的电机设计及多目标优化设计研究。首先利用转子不对称结构降低电机的转矩脉动并完成低转矩脉动同步磁阻电机设计,然后基于田口实验法确定电机优化变量,再基于遗传算法兼顾实现转矩脉动、功率因数和效率的多目标优化且通过电机的有限元分析(FEA)验证低转矩脉动同步磁阻电机设计和多目标优化设计方案的合理有效性。     

新型永磁调磁式磁齿轮的设计与优化

为了提高磁齿轮的输出转矩和运行转速、减小永磁体的涡流损耗,提出一种新型永磁调磁式磁齿轮,分析其工作原理和转矩特性,结果表明相比较传统的磁齿轮,新型永磁调磁式磁齿轮具有传动效率高、转矩密度高、可高速传动的优点。在此基础上,为了获得新型磁齿轮的最优结构参数,以提升输出转矩和减小齿槽转矩为优化目标,提出一种基于参数敏感性和响应面法相结合的多目标优化方法,对新型磁齿轮的永磁调磁块、外转子及内转子永磁体等结构参数进行优化设计,利用有限元法分析优化前后新型磁齿轮的电磁性能,表明多目标优化方法可进一步提升新型磁齿轮的输出性能,为其应用和优化设计奠定了基础。     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。     

混合励磁开关磁阻电机转矩特性多目标优化

针对开关磁阻电机低功率密度和低材料利用率的问题,为了进一步提高电机的转矩特性,设计了一台航空用三相12/10极混合励磁开关磁阻电机并对其转矩特性进行多目标优化。首先对新型电机的结构及其电磁转矩原理进行分析,然后进行电机设计,并选取设计变量,最后基于混沌粒子群算法与响应表面法对电机的平均转矩和转矩脉动进行多目标优化。仿真结果表明优化后电机的平均转矩提高了4.78%,转矩脉动减少42%,在保持较大的平均转矩情况下大幅度减少转矩脉动,实现了平稳起动过程。结论是混沌粒子群算法与响应表面法相结合的优化方法适合于新型电机的设计与优化过程,该方法可显著节约优化时间,提高效率,保证了求解精度,提高了全局寻优能力。     

基于分段式TSF的开关磁阻电机转矩脉动抑制技术

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)的双凸极结构导致其运行时产生很强的转矩脉动,采用传统型转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)时,电流峰值过高,铜耗过大,导致电机效率低,转矩脉动抑制效果不理想。针对这一问题,本文提出了新型分段式TSF,并以转矩脉动系数和电流变化率作为优化目标,利用遗传算法的全局寻优能力,对所提出的新型TSF中的变量参数进行优化,得到最优的TSF曲线及表达式,从而降低转矩脉动。仿真结果表明,本文所提出的新型TSF能够有效降低转矩脉动,同时降低电流峰值,减小铜耗,提高效率。     

开关磁阻电机多目标协同优化设计

针对开关磁阻电机存在多变量、强耦合、高非线性等特点以及传统方法较难快速而准确地获得其最优设计方案的问题,引入了多目标协同优化设计方法。对协同优化算法进行了改进,提出了新型动态松弛因子法以及最优保留策略,在保证算法收敛性的同时,提高了其收敛速度及精度。以效率及转矩脉动为目标,利用改进型协同优化算法对开关磁阻电机的初始设计方案进行了优化,得到了关键几何尺寸和控制参数的全局最优取值。针对优化方案功率密度和热负荷较高的问题,设计了一个定、转子双水冷系统,并通过集中参数热网络模型证明了电机主要部位温度在工程允许范围之内。分析结果表明,改进型协同优化算法的引入达到了提升电机效率并降低其转矩脉动的目的。     

开关磁阻电机直接转矩控制方法的优化

在开关磁阻电机的驱动中,采用直接转矩控制可以显著地改善其输出转矩的稳定性和转矩响应的快速性,而且该算法具有较好的通用性。从控制角度入手,研究降低开关磁阻电机噪声和减小转矩脉动的方法。针对传统直接转矩控制方法转矩脉动大的问题,提出了一种适用于四相开关磁阻电机的电压矢量和开关表的优化方法,取消了磁链滞环,重构了电压矢量。仿真和实验证明,该方法在转速稳定状态下可有效减小转矩脉动并提高转矩电流比。     

多目标算法分层优化策略在开关磁阻电机中的应用

针对电机多参数多目标协同优化较为复杂的问题,提出了基于非支配排序遗传算法分层迭代优化的思想。首先,介绍定子分段混合励磁开关磁阻电机的设计流程和工作原理。其次,选择电机的待优化参数和优化目标,并引入Pearson相关系数分析电机参数与优化目标的相关性,根据相关性结果对待优化参数进行分层;建立各层优化参数与优化目标的非线性模型,将非线性目标模型引入多目标优化算法。最终,在Pareto前沿中选取最优个体,完成对电机结构参数和控制参数的分层迭代优化,确定电机的最优结构参数和控制参数,并通过有限元分析软件进行验证。相比较于初始模型,优化后电机的效率略有提高,平均转矩增加12.44%,转矩脉动减小64.96%。根据最优参数制造出实验样机,实验结果验证了优化设计的有效性和优越性。     

基于改进蝙蝠算法的齿槽转矩优化

本研究从降低表贴式永磁电机的齿槽转矩出发,以24槽4极电机为例,基于能量法对齿槽转矩的产生机理进行解析分析,确定以极弧系数、气隙长度、磁极偏心距、永磁体厚度、槽开口宽度为优化参数组合,通过田口法从上述参数中筛选出对优化目标影响比重较大的参数并通过响应面拟合出相关的数学模型,应用具有Lévy飞行特征的蝙蝠算法求取该数学模型的最小值。利用有限元软件对最优解的电机模型进行仿真实验,结果表明：电机的齿槽转矩降低了82.16%,效率提高了1.6%,转矩脉动降低了8.2%。     

基于转矩分离的永磁辅助同步磁阻电动机转矩脉动抑制

永磁辅助同步磁阻电动机（PMaSRM）内同时存在永磁转矩和磁阻转矩。不同转矩分量的占比大小和转矩脉动大小是评价电机电磁结构设计合理性的重要指标。以一台3 kW的PMaSRM为研究对象,在考虑磁路饱和与d、q轴交叉耦合因素的影响下,采用冻结磁导率法进行了电机的转矩分离和转矩脉动分离。基于转矩分量和转矩脉动分量的分离结果,以降低负载齿槽转矩为目标,进行了电机转子结构的优化设计,为PMaSRM的设计提供了参考。     

开关磁阻电机转矩脉动抑制综述

针对开关磁阻电机转矩脉动较大的缺点,在分析转矩脉动产生机理后,从电机本体结构优化和控制策略设计两个方面综述抑制开关磁阻电机转矩脉动的若干解决方案。指出了各种转矩脉动抑制方法的优缺点,提出了开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究方向。     

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。     

双定子游标磁阻电机的转矩研究

为了满足很多场合中低速大转矩直接驱动电机的需要,基于传统游标磁阻结构电机改进设计了一种双定子中间转子式的新型游标磁阻电机。分析了传统游标磁阻电机的工作原理并推导出其电磁转矩表达式,利用有限元法对比分析新型游标磁阻电机和传统游标磁阻电机的性能,仿真计算得出该新型电机的平均转矩比传统游标磁阻电机高44%,通过对内外定子间的相对角度进行优化,得出最优角度为15°,此时其平均转矩与优化前相比提高9.5%。