新型轴向分相磁悬浮飞轮电机及其优化设计

为改善磁悬浮飞轮电机的悬浮和转矩性能,提出一种新型轴向分相磁悬浮飞轮电机及其优化设计方法,在阐述电机基本结构及工作原理的基础上,结合动态双响应面与萤火虫算法对定子齿形参数作进一步优化。首先通过Box-Behnken设计选取代表性的齿形参数组合以建立样本数据空间,并结合多项式响应面法及支持向量机(SVM)建立电机性能响应模型。然后以电机转矩和悬浮出力为优化目标,采用萤火虫算法获取最优齿形参数。有限元仿真结果表明,优化后电机的平均转矩和悬浮力分别提高了37.5％和110.13％,验证了所提结构及齿形优化方法的有效性。     

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%。     

基于多目标遗传算法的表贴式无轴承永磁电机优化设计

为了改善表贴式无轴承永磁电机的悬浮力和转矩的性能，提出了一种结合多目标遗传算法的响应面法，对电机结构进行优化设计。首先，构建优化目标的响应面，并得到优化目标的回归方程；其次，利用多目标遗传算法对优化目标的回归方程进行寻优，得到了理想的悬浮力、悬浮力脉动和转矩；最后，对多目标优化得出的最优结果进行有限元分析，验证了该优化算法的可行性。     

基于组合磁极的无轴承永磁同步电机转子优化设计

无轴承永磁同步电机是一种正弦波驱动的电机,气隙磁场的正弦性影响着电机的性能,为了获得较小的转矩脉动和悬浮力脉动,提出了永磁体采用组合磁极的特殊结构。首先阐述了该结构对改善气隙磁场正弦性的作用,推导出了新的数学模型。其次,基于有限元分析,利用田口法正交试验,以电机的电磁转矩脉动与转矩平均值的比值和悬浮力脉动与悬浮力平均值作为评价标准,优化设计了磁极参数。最后将优化后的组合磁极式BPMSM与传统的单一磁极的BPMSM对比分析,结果显示,优化后的电机空载气隙磁密波形得到了明显改善,在保证转矩和悬浮力大小的基础上,转矩脉动和悬浮力脉动显著减小。     

磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于极限学习机(extreme learning machine,ELM)与带精英策略非支配排序遗传算法(improved non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluctance motor,SWBSRM)多目标优化设计方法。结合有限元分析(finite element analysis,FEA),分析了SWBSRM悬浮力、转矩随各结构参数变化的一般规律,得到ELM非参数模型。针对该训练模型并结合NSGA-II进行全局寻优,获得使悬浮力、转矩同时更优的结构参数数值组合。通过对比优化前后电机输出悬浮力、转矩大小,验证了以ELM、NSGA-II为基础的SWBSRM结构多目标优化设计的有效性。     

一台30kW开关磁阻电机的多目标优化研究

为了提高电机的综合性能，本文以一台12/8型30kW开关磁阻电机的平均静态电磁转矩、电磁转矩平滑系数及电机效率为优化目标，通过一种基于正交试验矩阵分析的方法对电机进行了多目标优化，该方法结合有限元分析研究了电机结构参数中的定子齿宽、转子极宽、定子轭厚、转子轭厚对优化目标的影响程度，最后得到了电机结构参数在不同水平值下对电机性能影响程度的权重矩阵，并通过权重矩阵得到了电机的最优参数水平组合。系统仿真表明，相比于优化前的电机性能，优化后的电机性能有了明显提升。     

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%。     

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法.采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电...     

电励磁双定子场调制电机的多目标优化设计分析

电励磁双定子场调制电机适用于低速大转矩直驱应用场合,融合了双定子电机理论和磁场调制电机理论,具有转矩密度高和控制灵活等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构以及含有丰富的谐波磁场,利用有限元软件建立其结构参数模型,以高转矩密度和低转矩纹波为优化目标,基于敏感性分析对关键尺寸参数进行敏感度分层,并根据参数敏感度层次将基于遗传算法的多目标优化分析以及响应面法和单参扫描法等多种优化方法相结合,最终确定电机的最优结构尺寸参数。基于二维有限元法对所提电机的空载感应电动势、定位力矩、电磁转矩等电磁性能进行分析计算,并通过样机实验验证了基于参数敏感度分层的多目标优化设计方法的有效性和有限元分析的正确性,丰富了该类结构复杂的场调制电机的高效优化设计途径。     

一种新型无轴承磁通切换电机原理及其实现

由于转子无永磁体、制造成本低,无轴承磁通切换电机在医疗卫生、生化反应等需要一次性抛弃或需要处理高温流体等应用场合具有独特优势。该文在分析了传统无轴承磁通切换电机的工作原理基础上,探究悬浮力与转子转角及气隙之间的关系,结果表明其悬浮力特性畸变严重,控制困难。针对该问题,文中研究了一种转子交错并列式的新型结构,理论分析表明该结构可有效消除悬浮力中大量的偶次谐波及直流分量,从而达到优化悬浮力、简化控制的目的。在此基础上,推导了悬浮力数学模型,并进行了有限元仿真对比分析,研究结果验证了该新型结构对悬浮力优化效果以及控制算法的正确性,且悬浮力与转矩之间具有较好的解耦控制效果。最后,研制了一台样机,对电机转矩相关性能进行了实验验证和分析,成功实现了稳定悬浮。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机.首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接...     

Topology Optimization of Rotor Pole in Switched Reluctance Motor for Minimum Torque Ripple

Torque ripple is a major problem for switched reluctance motors, which may cause undesirable vibration and acoustic noise, especially at low speed. This paper presents an optimal topology structure of rotor for 8/6 pole switched reluctance motor by using the level set method. The nonlinear ferromagnetic material boundary of rotor pole is implicitly represented through an embedded level set function. This method is applied to obtaining the optimal distributions of material in the design domain for minimizing torque ripple and maximizing average torque. In the optimization objective function, the reluctivity of ferromagnetic material is selected as the design variable. The normal velocity is derived from sensitivity analysis, where the adjoint variable method is utilized. Two-dimensional finite element method is employed to calculate the electromagnetic parameters of this electric machine. Analysis results obtained from the transient simulation of electromagnetic field coupled with control circuit show that the torque ripple is reduced effectively by using the optimized rotor structure.     

少稀土非对称永磁电机的分层多目标优化分析

针对传统稀土永磁电机稀土材料用量高、永磁磁场不易调节问题,本文提出了一种少稀土非对称混合永磁电机,采用两种不同永磁材料励磁以降低稀土永磁材料的用量,混合永磁材料的非对称放置结构设计以改善电机的电感性能,提升电机弱磁升速性能。针对该电机相对复杂的结构,提出基于参数敏感度的分层多目标优化设计。对电机进行了参数化建模,建立包含转矩、转矩脉动、反凸极比和铁耗的多优化目标函数。通过参数敏感度分析对众多尺寸参数进行分层筛选,针对主敏感参数采取多目标遗传算法优化,而次敏感参数则采用响应面与多目标自适应优化结合的方法确定电机最优的尺寸参数,并对电机优化前后的电磁性能进行了分析比较,验证了优化方法的可行性,为该类复杂结构电机性能的改善提供了更加丰富的优化设计方法。     

基于磁场解析模型与遗传算法的轴向磁通永磁电机多目标优化设计

针对基于有限元法(FEM)的常规优化方法存在计算量大、耗时长的问题,提出一种磁场解析模型与遗传算法相结合的轴向磁通永磁电机(AFPMM)多目标优化设计方法,该方法能够在保证一定计算精度的前提下快速实现电机的优化设计.首先,将AFPMM从复杂的三维模型等效为二维模型,通过子域法得到了电机的磁场解析模型,利用麦克斯韦张量法...     

基于参数敏感度的双凸极永磁型双定子电机的优化设计和性能分析

双凸极永磁型双定子(DSPMDS)电机是针对电动汽车(EVs)驱动电机的应用要求,融合了双定子电机理论和定子永磁型双凸极电机理论,具有高转矩密度、高功率密度以及更加灵活多变的工作模式等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构,在DSPMDS电机初始设计尺寸的基础上,通过建立电机参数化模型,并采用多目标敏感度优化方法,筛选出对电机转矩波动和铁心损耗影响最大的关键结构尺寸参数,在此基础上进一步采用响应面法选取最优结构尺寸参数。采用有限元仿真计算分析DSPMDS电机的反电动势、铁心损耗、定位力矩等电磁性能,样机实验结果验证了所提出的参数敏感度优化设计方法和性能分析的正确性,丰富了该类复杂结构的永磁型电机的快速设计和优化的途径。     

大型感应电动机的离散优化设计

本文提出大型三相感应电动机的离散优化设计方法。以改进的分析程序为基础，结合电机主要尺寸方程式和电磁参数统计平均值给出初始点，采用离散规划优化方法求解，取得了较满意的结果。     

大型异步电动机的离散优化设计

本文提出了大型三相异步电动机的离散优化设计方法，以改进的分析程序为基础，结合电机主要尺寸方程式和电磁参数统计的平均值，给出了补始点，采用离散规划优化方法进行求解，取得了较满意的结果。     

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。