表贴式永磁电机齿槽转矩解析法比较研究

对于表贴式永磁电机,分析了计算齿槽转矩的4种解析模型,主要理论包括能量法和麦克斯韦应力张量法。模型中由于考虑极间漏磁和槽漏磁的不同,从而得到齿槽转矩的波形有所不同。并用4种解析模型计算了一台表贴式永磁电机的齿槽转矩。分析结果表明,考虑极间漏磁和槽漏磁的模型精度较高,并通过有限元法验证了理论分析的有效性。     

基于响应面法的定子永磁型轴向磁通切换电机齿槽转矩优化设计

针对聚磁反应造成定子永磁型轴向磁通切换电机(SPAFFSPM)的齿槽转矩偏大、噪声大等问题。以减小定子永磁型轴向磁通切换型电机的齿槽转矩,提高电机的输出性能为目标,利用能量摄动法推导出电机的齿槽转矩解析表达式,分析影响齿槽转矩的定转子结构参数。基于响应面法与有限元法构造出定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数与齿槽转矩之间的响应面数学模型,推导出使齿槽转矩最小的定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数最优组合。最后建立优化前后电机三维有限元分析模型,搭建样机的实验平台,验证优化方法的合理性及准确性。结果表明,优化后的电机齿槽转矩减小约82.5%,且电机的输出性能得到明显提高。     

减小齿槽转矩的永磁电机结构优化设计

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛。然而由于永磁体与有槽铁心相互作用,产生齿槽转矩,引起振动和噪声。在永磁电机结构中,影响齿槽转矩大小的有多种因素,本文利用田口法对一台永磁电机的槽口宽、齿靴高度、充磁方式、极弧系数、永磁体厚度进行优化,得出一组减小齿槽转矩的优化方案。结果表明,通过田口法优化得到的电机结构方案与原方案相比,显著削弱了齿槽转矩。     

一种削弱内置式永磁电动机齿槽转矩的新方法

内置式永磁电机相比表面式永磁电机具有功率密度高、恒功率运行范围广等优点,但其永磁体置于转子内部,齿槽转矩比表面式永磁电机大。在分析齿槽转矩产生机理的基础上,提出转子齿开辅助槽来减小内置式永磁电机齿槽转矩的新方法。以12槽8极内置式永磁电机为研究对象,利用有限元软件ANSOFT分析开槽位置和开槽尺寸对齿槽转矩的影响。研究表明,槽口弧宽为5°、槽深为1.5 mm时,所研究的内置式永磁电机的齿槽转矩最小。     

基于等效磁路法的永磁同步电机特性分析

针对有限元法在电机设计初期计算量大且耗时长的特点,为8极9槽永磁同步电机提出了一种相对简单且准确的等效磁路法计算模型。模型中把一个永磁体根据磁路分为几部分,给出了考虑永磁体通过定子齿端部产生漏磁时的永磁体模型。该等效磁路网络同时考虑了磁路饱和、齿槽效应和电枢反应等现象。永磁体漏磁不进入电枢绕组,对绕组磁链和电枢反电势并不起作用,因此在模型中把该漏磁单独考虑。通过迭代的方法,来求解铁心磁导。采用节点磁位法来求解该模型网络,得到电机的磁场分布。在此基础上对电机绕组磁链、电枢反电势和齿槽转矩等特性进行分析计算。同时建立了2D有限元模型,对电机磁场和特性进行分析。最后将等效磁路法模型和有限元模型得到的结果进行对比,验证了等效磁路模型的正确性。     

极弧系数组合优化的永磁电机齿槽转矩削弱方法

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛，然而永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用，产生齿槽转矩，引起电机的振动和噪声，并影响系统的控制精度。通常情况下，永磁电机各磁极的极弧系数相等。为削弱齿槽转矩，可设计相邻磁极极弧系数不等。文中采用不等极弧系数组合削弱永磁直流电机齿槽转矩，利用基于能量法和傅里叶分解的解析法得到齿槽转矩的表达式，通过分析起作用的气隙磁密的傅里叶系数，给出了使得齿槽转矩最小的极弧系数组合的确定方法。但是由于采用了一些假设，上述确定方法存在一定误差。为使齿槽转矩最小，采用全局优化方法与有限元相结合以获得最优极弧系数组合。文中对每极槽数为整数和分数的2台电机模型分别进行了解析分析和优化，结果表明：该优化方法可显著削弱齿槽转矩。     

永磁同步电机齿槽转矩的优化分析

基于有限元分析法,针对现有额定转速为80000 r/min的永磁同步电机,由于齿槽转矩是固有特性,在绕组不通电的情况下,计算了现有的高速永磁同步电机的电磁场分布情况及齿槽转矩的幅值;根据不同位置时电磁场磁密曲线的差异,分析了产生齿槽转矩的原因.接着针对通过改变电机永磁体的极弧系数和定子不同齿形、齿宽等相关参数,讨论不同...     

基于单一磁极宽度变化的内置式永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法

结合永磁电机极弧宽度组合和永磁体不对称放置的方法提出了一种仅改变隔磁磁桥削弱内置式永磁同步电动机齿槽转矩的方法。通过在永磁体槽和转子外表面之间增加隔磁磁桥,改变磁桥的形状和尺寸,使得内置式永磁同步电动机的一个磁极的极弧宽度变化,同时保持其余磁极宽度不变,且相邻磁极间的宽度相等,通过合理选择隔磁磁桥的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩。由于每极整数槽和非整数槽时,采用单一极弧宽度变化造成的影响不同,本文采用解析法分别对两种情况进行了研究,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,据此得到了磁极极弧宽度的确定方法。     

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.     

直流无刷电机中齿槽转矩的能量分析

齿槽转矩是齿槽类无刷永磁电机的固有指标,在定子绕组断电状态下,由永磁体的永磁场与定子铁芯的齿槽结构相互作用形成电磁力,进而在圆周方向产生周期性的固定转矩。本文从能量守恒的角度出发,根据齿槽转矩的产生机理推导出齿槽转矩与电磁结构的公式关系,以3对极和6对极两款直流无刷电机为例,利用二维有限元法分析了齿槽转矩在圆周方向的能量分布,研究表明,相同槽数的电机在一个周期内符合能量守恒定律,极对数的不同会造成齿槽转矩不同,通过选择合理的方法能够有效的利用齿槽转矩达到电机断电制动的效果。     

不对称气隙小功率单相无刷直流电动机的定位力矩分析与计算

针对不对称气隙小功率单相永磁无刷直流电动机定位力矩的计算问题建立了两种数学模型，用解析的方法对定位力矩进行了定性的分析，用有限元方法进行了实例计算，并用实验方法进行了验算。     

磁极偏移削弱永磁电机齿槽转矩方法

研究了永磁电机磁极偏移对齿槽转矩的影响,发现当每极槽数不为整数时,磁极偏移会引入新的齿槽转矩谐波.因此要通过磁极偏移减小齿槽转矩,除了减小永磁体对称时存在的齿槽转矩谐波外,还要减小新引入的低次谐波.为解决现有的永磁体偏移角度计算方法存在的不足,本文推导了磁极偏移时齿槽转矩的表达式,提出了确定永磁体偏转角度的新方法.有限元计算结果表明:与现有的方法相比,本文提出的磁极偏移角度计算方法得到的偏转角度对原有齿槽转矩谐波以及新引入的低次谐波都有较好的削弱作用,因此能较好地减小齿槽转矩.     

斜槽式永磁球形电机的设计与分析

永磁球形电机由于其结构简单、控制方便,并且可以实现任意角度的偏转的特点,现在在航空航天、智能机器人等各个领域被广泛应用。本文采用8极16槽,具有三层定子结构的永磁多自由度球形电机,对球形电机的气隙磁场和齿槽转矩进行了分析,提出一种斜槽结构,对转子进行优化,利用有限元软件建立三维模型,用解析法对齿槽转矩进行分析,得到的结果与有限元方法进行对比分析,计算分析结果表明,该优化设计方法能有效降低永磁球形电机的齿槽转矩。     

基于磁极不对称角度优化的内置式永磁无刷直流电动机齿槽转矩削弱方法

齿槽转矩削弱是永磁电机研究的重点和难点之一。本文基于能量法和傅立叶分解的解析分析法,给出了磁极不对称时内置式永磁无刷直流电动机的齿槽转矩解析表达式,据此研究了磁极不对称对齿槽转矩的影响,在此基础上,提出了使齿槽转矩最小的磁极不对称角度的解析确定方法。由于解析法采用了一些假设,忽略了饱和、漏磁等影响,所得到的磁极不对称角度不是最佳值。为使齿槽转矩最小,将全局优化方法、解析法和有限元相结合,把寻优可行域缩小在解析解附近以减小求解时间,利用全局优化算法和有限元进行优化,以获得磁极不对称角度最优解。本文对每极槽数为整数和分数的两台无刷直流电动机分别进行了解析分析和优化,结果表明,该文的优化方法可显著削弱齿槽转矩。     

基于遗传算法的外转子PMSM齿槽转矩优化

永磁同步电动机具有较好的动态性能以及较高的功率密度,但由于永磁体与铁心之间会发生相互作用而产生齿槽转矩,导致永磁同步电机的输出转矩发生波动,因此永磁同步电机的齿槽转矩的优化显得极为重要。为了削弱齿槽转矩,使用解析法分析并选择了一系列与齿槽转矩密切相关的参数,再采用了一种改进的遗传算法结合有限元法对永磁同步电动机的齿槽转矩进行优化。优化结果表明,与原设计相比,使用该算法优化能明显削弱永磁同步电机的齿槽转矩,且不会对电机的输出转矩产生过大的影响。     

考虑加工误差的表贴式永磁伺服电机齿槽转矩分析与抑制

在永磁伺服电机中,齿槽转矩对加工误差非常敏感。为获取实际加工误差对齿槽转矩变化规律的影响,本文首先采用能量法建立考虑加工误差的齿槽转矩解析表达式,并分析了齿槽转矩对各种加工误差的敏感性。其次,基于蒙特卡罗方法,通过实测与供应商提供的数据估计各误差的概率分布,由概率分布产生随机样本,据此建立考虑加工误差的有限元模型,计算各模型的齿槽转矩,由此获得齿槽转矩及其频谱的分布规律。并且,论证了定子冲片循环旋转方法的最优旋转槽数,基本消除了定子侧误差产生的额外齿槽转矩。最后,从生产的一批电机中随机抽取样本进行齿槽转矩测试,验证了本文所用分析与抑制方法的可行性。     

基于分块永磁磁极的永磁电机齿槽转矩削弱方法

基于齿槽转矩的周期性以及永磁磁极与槽口相对位置的不同对齿槽转矩分布的影响,采用叠加法研究了分块永磁磁极削弱齿槽转矩的方法。该方法无需计算永磁分块导致的复杂的气隙磁通密度分布,而基于不同分块之间与槽口相对位置的变化导致的不同的齿槽转矩的分布,通过合理选择永磁分块数、分块宽度及分块间隔,可使得不同分块产生的齿槽转矩相互抵消,从而有效地削弱齿槽转矩。针对每极整数槽和非整数槽结构,推导得到了永磁分块数、分块宽度以及分块间隔之间关系解析表达式。有限元计算表明,本文得到的确定方法可有效地削弱齿槽转矩。     

基于磁极参数的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究

齿槽转矩是永磁电机的重要问题之一,削弱齿槽转矩可以减少转矩脉动、降低电磁噪声、提高电机运行稳定性。基于磁极参数对表贴式永磁同步电机(SPMSM)的齿槽转矩进行了研究,基于能量法和傅里叶分解推导了不同永磁体模型下的齿槽转矩公式。研究发现,磁极参数的改变影响永磁体剩磁在气隙中分布和气隙相对磁导率的大小,进而改变齿槽转矩的大小。然后结合有限元方法对不同永磁体模型下的电机齿槽转矩进行了仿真分析,发现削极结构和组合磁极对齿槽转矩削弱明显,并通过有限元方法优化了这2种结构的磁极参数,最后分析对电机其他性能的影响。研究表明,合理地选择永磁体参数可以在确保电机性能的同时显著降低齿槽转矩。     

电枢槽口宽度对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响

为了兼顾准确性与计算时间,采用解析法和有限元法结合研究槽口宽度对内置式永磁电机齿槽转矩的影响.解析法确定了对齿槽转矩有影响的气隙磁导平方的傅里叶分解次数,采用有限元法计算槽口宽度变化对该傅里叶分解次数的影响.计算表明,该傅里叶分解次数与齿槽转矩的幅值随槽口宽度有相同的变化规律,能够减小该气隙磁导平方的傅里叶分解次数的槽...