永磁体削角参数对永磁同步电主轴齿槽转矩影响的研究

齿槽转矩是由于永磁体和有槽电枢铁心的相互作用产生的,齿槽转矩的变化会引起电机振动与噪声,影响永磁同步电主轴的稳定性。文章提出了一种削弱表贴式永磁同步电主轴齿槽转矩的方法,可以提高数控机床的工作精度。借助ANSYS有限元分析软件,建立了表贴式永磁同步电主轴的有限元模型,通过优化永磁体削角参数减小了永磁同步电主轴的齿槽转矩。研究表明:对永磁体进行三角形削角,可有效减小齿槽转矩脉动。     

大小磁极分布对永磁同步电主轴齿槽转矩脉动的影响

永磁同步电主轴在数控机床领域中应用越来越广泛,为了保证其精度,需降低齿槽转矩。针对永磁同步电主轴大小磁极不同个数和不同安装位置对齿槽转矩脉动的影响进行了研究。在阐述齿槽转矩产生机制和削弱方法的基础上,建立了永磁同步电主轴运动电磁场有限元模型,分别对永磁同步电主轴大小磁极的不同个数和不同安装位置的齿槽转矩进行了仿真。最后,利用MATLAB对仿真所得的数据进行计算、分析和对比。结果表明:适当的大小磁极个数和安装位置可有效地削弱永磁同步电主轴的齿槽转矩脉动。     

气隙形状对永磁同步电主轴齿槽转矩的影响

齿槽转矩是由于谐波磁势与气隙磁导的相互作用产生,齿槽转矩的变化引起电机振动与噪声,影响永磁同步电主轴的稳定性。提出了一种削弱永磁同步电主轴齿槽转矩的方法,可以提高高档数控机床的工作精度。借助ANSYS有限元分析软件,建立了永磁体同步电主轴有限元模型,分析其电磁特性。通过改变非均匀气隙中不同的最长气隙长度与其偏移位置角度气隙形状参数,总结出齿槽转矩和额定转矩的变化规律。依据最佳参数设计永磁同步电主轴,可有效地降低齿槽转矩。研究表明:同一最长气隙长度下,随着偏移位置角度的增加,齿槽转矩先下降,然后开始增加;而额定转矩是先呈现上升趋势,后逐渐开始下降。合理设计永磁同步电主轴气隙形状可以有效地削弱齿槽转矩,且不会减小额定转矩值。     

转子结构对永磁同步电主轴转矩脉动的影响

齿槽转矩是由转子与定子齿间电磁力的切向分量所构成。齿槽转矩的变化引起转矩脉动,影响永磁同步电主轴稳定性。不同的转子表面结构,会引起气隙的不均匀,影响气隙磁场分布,导致磁导发生较大的变化,进而影响转矩脉动的大小。对永磁同步电主轴进行了有限元仿真分析,通过改变转子表面结构减小了永磁同步电主轴的转矩脉动。结果表明:合理设计内置式永磁同步电主轴的转子表面结构,可以有效地减小转矩脉动对电主轴的影响,提高系统的工作精度,并且不会减小额定转矩。     

永磁体廓形对永磁同步电主轴转矩脉动的影响

文章分析了永磁体表面廓形对永磁同步电主轴转矩脉动及噪声的影响。通过在永磁体表面进行开槽来降低转矩脉动,以达到抑制振动噪声的目的。槽形包括圆弧形、矩形、三角形、梯形等形状。其中梯形槽形状在不减少平均扭矩的情况下显著减少了转矩脉动。建立永磁体表面形状改进前后的三维模型,完成了谐响应和声场的计算,并对计算结果进行对比分析。指出该方法可有效地降低永磁同步电主轴转矩脉动和噪声。     

永磁同步电主轴磁极结构对气隙磁密分布的影响

永磁同步电主轴设计的关键因素之一是如何确定产生所需气隙磁密的永磁体的尺寸。传统的永磁体尺寸设计采用经验公式估算,不具有准确性。文章阐述不同磁体尺寸对三种磁极结构径向磁通永磁同步电主轴气隙磁密的影响。借助于三种磁极结构的静态有限元模型仿真,揭示出永磁体体积和产生磁通的永磁体面积之间的直接关系。因此,一旦确定了最小永磁体体积,就可以很容易的计算出产生磁通的永磁体面积。此技术也可用来设计转子截面积有限的异步启动永磁同步电主轴。     

楔形气隙结构对永磁同步电主轴转矩和径向力影响的分析

为了提高永磁同步电主轴电磁转矩,减小振动噪声,提出了一种楔形气隙结构。文中对楔形气隙永磁同步电主轴的电磁转矩进行了解析分析。利用有限元软件对均匀气隙和楔形气隙永磁同步电主轴模型进行了仿真分析,将以上两种气隙结构模型的电主轴转矩和径向力进行了对比,发现楔形气隙结构和均匀气隙结构的永磁同步电主轴相比电磁转矩幅值增加较大,径向力幅值显著减小。并得出楔形气隙结构对提高永磁同步电主轴转矩密度、减小振动噪声有明显的作用。     

永磁同步电主轴定子齿形对转矩脉动影响

文中提出了利用有限元法来减小永磁同步电主轴转矩脉动的一种方法。通过建立仿真模型来分析计算电主轴的磁场分布和气隙电磁力密度。在分析过程中,以4级18槽电主轴为例,通过改变定子齿形结构来降低电主轴转矩脉动,进而降低电主轴的噪声和振动。综合考虑影响转矩脉动的因素,在不影响永磁同步电机主轴运行性能的前提下,设置合理的定子齿形结构,可以在一定程度上削弱转矩脉动。此方法为永磁同步电主轴的优化设计提供了参考。     

永磁同步电主轴定子齿形状对转矩脉动的影响分析

文中提出了一种基于有限元法来减少永磁同步电主轴转矩脉动的方法。通过建立永磁同步电主轴的仿真模型来完成电主轴磁场分布和气隙电磁力密度的计算。在分析过程中,通过改变定子齿结构来减少电主轴的转矩脉动,进而减少电主轴的噪声与振动,提高电主轴运行的平稳性。通过综合考虑影响电主轴转矩脉动的因素,合理设置定子齿参数,在不影响永磁同步电主轴运行性能的前提下,转矩脉动可以得到了一定程度的削弱。该方法为永磁同步电主轴的优化设计提供了参考。     

一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。     

永磁同步电主轴的电磁噪声分析

为了提高永磁同步电主轴的加工精度、减小振动、降低其电磁噪声,考虑谐波磁动势的影响,推导永磁同步电主轴气隙磁密的解析表达式,提高了永磁同步电主轴径向磁密的计算精度。采用解析法计算径向磁密及其谐波,利用有限元法求解径向电磁力。建立该永磁同步电主轴的三维模型并进行模态分析以及谐响应分析,实测了电主轴的振动加速度。将模型电磁力频率以及模态分析结果与实测振动加速度频谱进行对照,结果表明径向电磁力是引起振动的主要原因,共振是产生噪声的主要因素。通过对永磁体结构的优化,减小了永磁同步电主轴的径向电磁力。通过噪声仿真分析,验证了电主轴结构优化后噪声的降低。     

永磁同步电机极弧参数对齿槽转矩的影响

永磁体的极弧范围直接影响着永磁同步电机的额定转矩和齿槽转矩,进而影响电机能量的输出效率。本文以一台0.75 kW、10极12槽的表贴式永磁同步电机为研究对象,通过改变永磁体磁极的极弧参数(0.5~1),运用ANSOFT有限元仿真软件,分别模拟在不同极弧参数下永磁同步电机的额定转矩、齿槽转矩,分析该台电机的效率,总结出最佳的磁极极弧参数,以实现提高电机输出功率并减小齿槽转矩的目的。     

导体铜套开槽筒式永磁联轴器的设计与研究

研究齿槽转矩产生的机制,利用有限元电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立永磁联轴器二维模型,分析导体铜套开槽筒式永磁联轴器输出转矩提高和转矩波动范围增大的原因。依据齿槽转矩产生机制,进一步分析开槽数量与磁极数的关系对齿槽转矩的影响规律,还通过仿真得到不同槽宽占空比、永磁体占空比条件下PMC的齿槽转矩和输出转矩特性曲线,给出削弱齿槽转矩、提高输出转矩并减小转矩波动的参数优化方法,为永磁联轴器的设计应用提供一定的理论参考。     

槽口偏移对永磁电机齿槽转矩抑制的分析

针对永磁电机齿槽转矩过大造成电机转矩波动,引起振动和噪声的问题。文章采用傅里叶级数的方法分析了齿槽转矩的表达式,验证齿槽转矩是由单个槽的齿槽转矩叠加的原理,在此基础上,提出一种槽口偏移来降低齿槽转矩的方法,并采用有限元法分析了槽口偏移角度对齿槽转矩的影响。研究表明:槽口偏移适当的角度可以抵消电机齿槽转矩中某次或几次谐波,并给出了槽口偏移角度的计算公式。最后运用有限元仿真对具体永磁电机实例进行验证,结果表明该方法可有效地削弱永磁电机齿槽转矩。     

机器人关节永磁同步电机结构多目标优化

为提高机器人关节用无框永磁同步电机效率、减小齿槽转矩和转矩脉动,通过能量法推导出电机齿槽转矩解析式,确定影响电机转矩性能的4个重要参数：气隙长度、永磁体厚度、永磁体极弧系数、定子槽口宽度,并使用有限元方法分析各个参数对齿槽转矩的影响。基于响应面方法和多目标遗传算法,建立响应面回归模型,以提高电机效率和降低齿槽转矩为目标,得到永磁同步电机的帕累托前沿。最后根据约束条件和设计目标选择最优解,并利用有限元分析对初始方案和优化后方案进行对比分析。结果表明：该多目标优化方法可以设计出兼顾高效率和低齿槽转矩的目标电机。     

定子齿开槽对六相电机齿槽转矩的影响

针对六相永磁电机齿槽转矩过高引起振动和噪声问题,以一台12槽10极表贴式永磁电机为例,提出一种在定子齿开辅助槽的方法降低齿槽转矩。分析永磁电机齿槽转矩的工作原理,推导出齿槽转矩与开槽结构的解析关系;对定子齿开槽方法进行设计,进一步对辅助槽位置、数量和尺寸进行分析和优化;对开槽前后电机进行有限元仿真分析,并与初始电机进行性能对比。结果表明：定子齿开辅助槽对于抑制齿槽转矩有着显著作用,最大可减小约91.8%。结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于有限元和实验的永磁同步电主轴模态分析

振动和噪声是评价永磁同步电主轴运行平稳性的一个重要指标,避免电磁力与定子共振是电主轴动态设计过程中必须要考虑的因素。因此较准确地确定定子的固有频率就显得尤为重要。本文对一台功率为9.5 k W的永磁同步电主轴的模态进行了有限元计算和实验测试。通过对各部件进行等效简化,建立了有限元仿真模型。其中对绕组进行两种方式的处理:一是建立简化模型;二是将其质量进行等效处理。之后对电主轴定子结构和整机装配体电主轴单元的模态分别进行了有限元计算。最后借助丹麦BK振动声学测试系统对电主轴进行实验模态分析,验证计算结果的准确性。     

装配间隙对定子模块化永磁电机齿槽转矩的影响

为降低部分电机定子绕组下线难度,文章在原始定子结构基础上,采用一种模块化定子结构。由于模块化定子制造及装配精度限制,使定子齿部与定子轭部接触面之间存在一定装配间隙,该间隙影响电机的齿槽转矩。首先建立模块化定子永磁电机有限元模型和分析齿槽转矩产生机理,然后采用有限元技术分析模块化定子不同装配间隙参数对齿槽转矩影响规律,最后提出了合理的装配间隙。研究表明:合理装配间隙的模块化定子可以有效地削弱永磁电机齿槽转矩、提高电机电磁性能。     

非对称V形内置式永磁同步电机电磁特性分析

非对称磁极内置式永磁同步电机可以在不降低电磁转矩的情况下有效降低齿槽转矩和转矩脉动，拓宽调速范围，电机结构可靠，制作难度低，在转矩性能要求高的场合具有广泛的应用前景。为研究非对称磁极转子磁场偏转后引起的电机电磁特性的变化，建立了新的数学分析模型，结合有限元分析方法对不同磁极结构永磁同步电机的电磁性能展开分析。仿真结果表明：非对称磁极结构可有效降低内置式永磁同步电机的转矩脉动和齿槽转矩；磁极正向偏移后在最大转矩电流比控制策略下具有更宽的恒功率区调速范围。最后，给出了非对称磁极永磁同步电机在实际工程应用时控制策略的实现方法。     

基于遗传算法的高速永磁电机联合仿真优化

为提升高速永磁同步电机(HSPMSM)优化效率与电磁性能，提出一种基于遗传算法和TOPSIS法的HSPMSM联合仿真优化方法。首先，借助ANSYS Maxwell有限元仿真软件对HSPMSM进行参数化建模，进一步建立4极30槽HSPMSM的Maxwell&Workbench&Optislong联合仿真模型；其次，运用遗传算法对电机进行全局多目标优化得到Pareto解集，使用优劣解距离法(TOPSIS)从解集中客观选取最优高速永磁同步电机设计方案；最后，对比优化设计前后高速电机的各项性能，仿真结果表明采用遗传算法和TOPSIS法不但提升了高速电机多目标优化效率，且有效削弱电机转矩脉动和齿槽转矩，电机转矩脉动从6.21%降低至2.96%,电机齿槽转矩从0.341 N·m降低至0.052 N·m,降低了85%。