基于Taguchi方法的低速潜油永磁电机优化及试验应用

潜油永磁同步电机直驱螺杆泵系统作为新一代采油技术被逐渐应用。为提高该电泵系统的性能,针对电驱系统开展低速潜油永磁同步电机的设计及优化分析。通过初始设计确定电机的主要结构参数,以电机效率最大化及齿槽转矩最小化为优化目标。基于Taguchi方法,选取气隙长度、永磁体厚度、定子齿宽和齿顶厚度4个结构参数作为优化变量,建立正交实验表,并利用有限元分析得到试验结果,确定最佳参数组合。根据最佳参数组合进行仿真分析,效率相较优化前提高了3.75%,齿槽转矩相较优化前降低了17.48%。根据优化结果,试制样机并进行了厂内测试与现场应用。结果表明：潜油永磁同步电机具有较高的效率,且运行平稳,验证了仿真结果的正确性和优化设计的有效性。     

非晶合金定子铁心对再制造电机性能的影响

为提升电动汽车永磁同步电机再制造性能,采用低铁损非晶定子铁心替换了旧电机硅钢定子铁心。基于2D有限元模型,分析了额定转速下,同尺寸非晶定子铁心替换对再制造电机空载、负载性能的影响。替换后,再制造电机的效率提升1.8%,额定负载转矩减小6%。对再制造电机中非晶合金定子铁心槽型尺寸及绕组结构进行了优化。与旧电机相比,优化后的再制造电机效率提高1.9%,额定转矩不变,试验验证了仿真结果的正确性。     

永磁同步电机定子振动特性分析

为了研究永磁同步电机电磁力导致电机振动与噪声问题,采用有限元法对电机气隙磁密进行分析,得到电机在空载运行时的气隙磁场和径向电磁力;接着对永磁同步电机定子系统进行模态分析,获得电机定子系统结构固有频率,分析了径向电磁力对电机模态振动影响;同时采用模态试验,并将有限元仿真数据与模态试验数据进行对比,验证了有限元模态分析的可靠性。结果表明:该永磁电机定子径向电磁力波频率与定子结构模态频率相差较大,不会因电机径向电磁力产生共振.,相关研究工作为永磁电机设计与优化提供参考。     

永磁同步电机运行性能研究

针对凸极永磁同步电机,对其数学模型和定子电流最小控制方法进行了介绍,推导了定子电流最小控制方法对应的电流相角条件、基本转速和最大转矩。利用电机数学模型和不同电流控制规律建立了永磁同步电机运行性能仿真模型,避免了传统双闭环模型中控制器参数对仿真结果的影响。在此基础上深入研究了电机永磁磁链、凸极率、电枢电阻三个参数对电机基本转速、输出转矩等运行性能的影响,据此指出了电机电磁设计时应遵循的一般规律。     

永磁同步电机的变频调速研究

无励磁损耗和自身体积较小是永磁同步电机的一大优势所在。本论文的主要目的是永磁同步电机进行建模与分析,基于ANSYS Maxwell建立外转子永磁同步电机的有限元仿真模型,并基于该模型对电机磁场及各项电磁性能进行仿真计算与分析,已达到对永磁同步电机变频调速研究的需求,对电机进行建模与分析。确定电机参数包括性能指标要求、定子、电枢绕组、转子参数,建立用外转子永磁同步电机的模型并对其进行参数计算和仿真,并对计算结果进行分析。     

定子混合叠压再制造电机转矩优化分析

永磁同步电机铁心再制造研究较少,性能提升困难,寻求切实可行的铁心性能再制造提升方案具有重要意义。利用旧电机硅钢材料与新型非晶合金材料制成再制造混合叠压定子,分析再制造前后电机性能变化,提出转矩叠加优化方法并对转矩进行优化分析。混合叠压再制造后,电机损耗大幅降低,效率有所提升,转矩有所减小;再制造电机转矩随着定子齿宽、绕组匝数以及电流的增大而增大;通过参数化扫描与正交分析方法,对再制造电机进行基于定子槽型尺寸与电流变化的转矩与损耗综合优化分析,确立再制造电机转矩优化方案为电机定子齿宽减小0.8 mm,槽高增大1.2 mm,额定电流减小1.7 A;电机台架试验测试表明,与原电机相比,优化后再制造电机转矩基本不变,效率有所提升,验证了优化方案与仿真结果的有效性。混合叠压定子的研究为电机再制造研究及铁心性能提升方法研究提供了新的思路。     

起重机用永磁同步电动机设计及有限元分析

基于具体工况下的起重机运行条件,运用永磁同步电机设计理论,设计出适合起重机低转速大转矩运行特性的永磁同步电机。利用Ansoft/Maxwell中RMxprt模块建立电机有限元模型,并基于二维瞬态电磁场对所建模型进行仿真研究,计算得到电磁转矩变化曲线和电感参数,不仅为起重机用永磁同步电机的结构优化提供方案,还为进一步研究低转速大转矩条件下永磁同步电机的控制策略提供理论基础。     

基于Matlab和LabVIEW的永磁同步电机控制系统设计

针对永磁同步电机控制系统设计时,单独采用Matlab建模仿真方式多参数整定繁琐的问题,提出了一种基于Matlab与LabVIEW相结合的混合仿真方法。首先,理论分析了永磁同步电机在多坐标系中的数学模型,利用该数学模型在Matlab/Simulink环境中搭建了底层电机控制模型,并基于LabVIEW设计了电机系统测试界面。然后,利用仿真接口工具包—SIT使Matlab和LabVIEW保持同步通讯,在LabVIEW上层测试界面上对电机系统仿真参数进行整定。最后,为验证该混合仿真方法的可靠性,分别建立传统Matlab仿真模型与混合仿真模型,对电机进行了仿真实验。研究结果表明,该混合仿真模型与Matlab单独仿真模型的结果具有较高的吻合性,并符合理论计算结果。这种混合仿真方法在保证实验结果的正确性下,简化了永磁同步电机控制系统的参数整定;同时能从LabVIEW界面上直接查看仿真波形,进一步缩短了调试时间,提高了系统仿真效率。     

车用永磁同步电机径向力波灵敏度分析和优化

为了降低电动车电磁噪声,以电动车用永磁同步电机为研究对象,建立了有限元参数化模型,计算径向力波.通过解析法和试验,验证了有限元参数化模型的正确性.应用该模型,以永磁体厚度、气隙长度、定子槽中心宽度、定子槽开口宽度4种结构因素为设计变量,以1阶、2阶、3阶径向力波能量和径向力波均值最小为目标函数,进行了影响径向力波的结构因素灵敏度分析.结合电机设计要求,提出了改变气隙长度和定子槽中心宽度的参数优化方案,有限元计算结果显示优化方案改善了径向力波.     

摆线副结构永磁复合电机的设计与分析

将摆线液压马达与永磁同步电机相结合,设计一种定转子为摆线副结构的永磁复合电机,给出了该电机的运行机理、电机各部分的设计方法,确定了永磁体的布置方式;对所设计电机进行有限元仿真,对比径向、切向电磁力大小,与同尺寸永磁同步电机输出转矩和功率进行对比.结果表明:所设计的复合电机能够提高切向电磁力的比例,增大电机的输出转矩,提...     

Design and determination of stator geometry for axial flux permanent magnet free rod rotor synchronous motor

During designing a new axial flux permanent magnet free rod rotor synchronous motor, it is important to know before hand in which phase the largest angular velocity can occur, what is the ways to reduce the power consumption, how to achieve to increase or decrease the rotation speed by changing the core geometry. Therefore, presenting these preliminary information that are necessary for the design of a free rod rotor synchronous motor to the researchers is the aim of this work. In this respect, this study presents the design and geometrical dimensions of the stator for a new synchronous motor which is an axial flux permanent magnet free rod machine with three, four, five and six phases. This type of motors are an innovative approach especially for the applications used in industrial stirrers. Each type of stator is designed such that it has an appropriate number of phases. The rotating magnetic field over the stator is established by a PIC based microcontroller feeding the interface circuit to the stator wounds. The maximum angular speeds of bar magnet rotors with four different lengths and masses are calculated theoretically and determined experimentally. In addition, the effects of the distance between the rotor and stator, the angular speed of the rotor within the limits of the operation, and the volume of the liquid to be stirred to the power applied are investigated. Furthermore, the effects of the lengths and angular speeds of the bar magnet rotors to the distance between the rotor and stator are determined. In the light of the information obtained and taking into account the power used, the most appropriate parameters and variables such as the stator geometry changing with the phase used, the length of rotor, the distance between the rotor and stator and the angular speeds of rotor are determined.     

基于蝙蝠算法的永磁同步电机健康状态监测

永磁同步电机健康状态监测问题可转化为永磁同步电机多参数辨识问题。为提高系统参数辨识及状态监测效率,提出一种基于多智能体蝙蝠算法的永磁同步电机参数辨识方法。多智能体的邻域竞争合作算子实现了蝙蝠个体间的信息交流,提高了全局寻优能力及算法的动态跟踪性能;自学习算子提高算法局部寻优能力,加快算法收敛速度。永磁同步电机多参数辨识结果表明,多智能体蝙蝠算法能快速有效地辨识电机各参数,依据参数变化实现对电机运行状态的监测及预警。与未改进算法相比,验证了改进算法的有效性和优越性能。     

低速高效垂直轴风力发电机及其特性分析

针对低风速区风力发电机需要低风速切入问题,研究了一种低速高效的定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机。对影响发电机性能的关键参数对进行了归纳,提出了一种单层非重叠集中绕组和优选"切饼"型磁极组合的设计理念。确定了定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机性能分析参数方案。利用三维有限元发电机设计平台,对发电机的空载输出特性,交、直流负载输出特性和不同转速下的负载输出特性进行了对比研究。研究结果表明,该结构发电机的各项基本电磁参数和输出特性均能满足低速风力发电系统的特殊要求:优选的磁极结构使发电机总永磁体耗用量节约11.5%,发电机最大输出效率达87.75%;低转速范围运行时,效率维持在85%以上;不同工况下输出电能总谐波畸变率低于3%。     

洗衣机PMSM变频电机定子铁芯链式结构的设计和制造

本研究的主要内容是探索一种低成本、高性能的永磁同步电动机（PMSM）定子铁芯设计和制造方法,创新设计出双列并排的链式对插结构,使定子铁芯材料利用率大幅度提高,降低成本.通过增加定子铁芯工作面的辅助槽,降低齿槽转矩和振动噪音,实现性能进一步的优化与提高.论文通过举例,充分说明这种设计和制造方法,不仅提高电机性能,而且大幅降低电机成本,便于变频电机在家电行业的普及.     

混合式永磁同步电机弱磁性能的研究

针对传统永磁同步电机弱磁性能不佳的问题,提出了应用混合式结构来改善永磁同步电机弱磁性能。研究了传统永磁同步电机的结构,得出了传统永磁同步电机弱磁困难的原因是电枢磁势和转子励磁磁势的不对等。分析了混合式永磁同步电机的结构,得出了其转子永磁体用量少,励磁磁势较小;气隙很小同步电感大,短路电流与额定电流的比值小。介绍了应用短路电流与额定电流的比值来判断永磁同步电机弱磁性能的方法,分析得出了混合式结构弱磁性能要好于传统永磁同步电机。采用了基于直轴电流负向控制的附加闭环方法进行弱磁控制,对传统永磁同步电机和混合式永磁同步电机的弱磁性能进行了对比实验,混合式结构的弱磁扩速倍数为传统式结构的2.63倍。研究结果表明,混合式结构可以有效提升永磁同步电机弱磁性能。