电动汽车用内置式永磁同步电动机的优化

采用有限元分析的方法,对电动汽车用内置式永磁同步电机的隔磁槽拓扑结构进行了优化,改善了漏磁现象,提高了气隙磁密;通过转子斜极的方法降低了空载反电势的谐波分量,提高了波形的正弦度;在此基础上基于遗传算法以额定转矩和永磁体体积最小为目标进行全局优化,节约了永磁体的用量,降低了电机的生产成本。优化过程对提高电动汽车用内置式永磁同步电机性能具有参考作用。     

表面-内置式永磁同步电机优化设计

针对表面-内置式永磁同步电机因齿槽转矩存在的转矩波动大、噪声和振动等缺点,提出一种通过改变定子槽型的优化齿槽转矩、转矩波动和空载反电势波形的方案。采用有限元法建立表面-内置式永磁同步电机仿真模型,分析了改变定子槽型对电机齿槽转矩、转矩波动和空载反电势的影响。对比分析有限元计算结果,该方案可削弱齿槽转矩、减小转矩波动和优化空载反电势波形。     

基于拉丁超立方算法的永磁同步电机设计优化

为了设计出起动性能好,运行更加稳定的V形内置式永磁同步电机,通过改善空气隔磁槽结构的方法对空载反电势、气隙磁密、齿槽转矩、转矩脉动进行优化。将空气隔磁槽几何参数作为待优化变量,采用拉丁超立方抽样算法进行多目标优化,得到最优参数组合。优化后齿槽转矩下降了45%,转矩脉动下降了4.4%,电磁转矩提升了5.2%。优化结果理想,验证了该永磁同步电机优化方案的合理性。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析

为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。     

凸极转矩对内置式永磁同步电机转矩波动的影响

转矩波动是内置式永磁同步电机的主要缺点之一,而凸极转矩在转矩波动中占有一定比例。首先给出了包含凸极转矩的内置式永磁同步电机的转矩波动计算公式;其次,通过有限元法计算了内置式永磁同步电机不同转子结构情况下空载反电动势谐波畸变率(THD)与电机电磁转矩波动的关系,揭示两者不成比例;最后利用保存磁导率法和傅里叶分解法将永磁转矩与磁阻转矩进行分离并进行了对比,得出两者在电磁转矩中所占的比例,同时计算了纹波转矩和凸极转矩的波动情况,得到永磁转矩产生的纹波转矩与EMF的THD有关,而磁阻转矩产生的凸极转矩与EMF的THD无关,为降低内置式永磁同步电机转矩波动提供了理论依据。     

表面-内置式永磁转子同步电机的永磁体优化

针对表面-内置式永磁转子同步电机的结构特点,采用有限元法对表面-内置式永磁转子同步电机的表面式永磁体进行优化。建立表面-内置式永磁转子同步电机不同充磁方式和结构的有限元模型,计算其瞬态磁场,研究额定负载下的气隙磁密分布。分析其不同充磁方式和结构对空载反电势正弦特性、齿槽转矩、转矩波动和功率因数的影响,求解出表面-内置式永磁转子同步电机最佳的充磁方式和结构。分析结果表明,优化后的表面-内置式永磁转子同步电机的性能得到有效改善。     

基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计

内置式永磁同步电机具有效率高、功率密度高、转矩密度高、弱磁调速性能好等优点,在电动汽车驱动领域应用广泛。但由于齿槽转矩和磁阻转矩的存在,相比于其他类型的永磁电机,内置式永磁同步电机的转矩脉动较大,从而影响电机运行的稳定性和使用寿命。为了提高电机的转矩特性,本文提出了基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计。首先,合理选择电机转子关键结构参数作为优化变量。并以电机最大平均转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标,利用田口算法对电机进行优化,最终得到了优化后的转子结构参数。有限元仿真结果证明了所述优化方法的有效性。本文对车用内置式永磁同步电机的优化设计具有一定的理论意义和工程参考价值。     

表面-内置式永磁同步电机优化与特性分析

针对表面式永磁同步电机弱磁调速范围小、功率密度低,内置式永磁同步电机转矩脉动大、漏磁凸出、机械强度差等缺陷,提出一种新型表面-内置式永磁同步电机。采用有限元法建立表面-内置式永磁同步电机仿真模型,计算表面-内置式永磁同步电机的电磁参数,建立电机的等效磁路模型。对内置永磁体体积和表面永磁体体积的比值、永磁体的形状进行优化设计,分析电机的转矩波动和力能指标与内外永磁体体积比值和永磁体形状的关系。分析有限元计算结果,验证了设计及优化的电机参数的合理性和此结构电机性能的优越性。     

基于复合算法的内置式永磁同步电机的优化设计

内置式永磁同步电机具有输出转矩大,过载能力强,功率密度高等优点,广泛的应用于电动汽车驱动领域。由于内置式永磁同步电机存在齿槽转矩和磁阻转矩,会造成转矩脉动较大,对电机造成不良影响。选择以48槽,8极内置式永磁同步电机为例,首先选择转子的关键结构参数作为优化参数,并以增大平均转矩,降低转矩脉动,减小齿槽转矩作为优化目标。通过田口算法从众多的结构参数中合理选出对优化目标影响较大的优化参数,再采用响应面拟合优化目标曲线,最后采用遗传算法对其优化,使用有限元仿真软件验证其有效性,实现电机的多目标优化。     

内置式永磁同步电机隔磁桥影响研究

内置式永磁同步电机d、q轴磁路不对称产生的磁阻转矩有助于提高电机的过载能力和功率密度,为减少漏磁,转子隔磁桥尺寸较小,但过小的隔磁桥在高速旋转时,隔磁桥强度能否满足要求是保证电机安全运行的关键。本文针对常见的三种内置式转子结构,用有限元法计算不同隔磁桥厚度对电机电磁性能及转子应力的影响规律,并对带辅助隔磁桥"V"形转子隔磁桥厚度进行优化计算。结果表明,带辅助隔磁桥"V"形转子的内置式永磁同步电机能够兼顾电磁性能和结构强度,因此更适合高速运行。     

表面-内置混合式永磁同步电机性能与转子参数影响

为研究表面-内置混合式永磁同步电机表面磁极和内置磁极的作用,采用有限元方法建立该电机仿真模型,通过对其空载特性和负载特性的分析可知该电机的空载特性受表面磁极影响较大,而其负载特性受内置磁极影响较大。进一步以表面-内置混合式永磁同步电机的转矩性能为参考指标,对转子表面磁极、内置磁极以及隔磁桥三部分的参数进行分析。结果表明改变表面磁极参数对改善气隙磁场,减小转矩波动有着较好的效果,而改变内置磁极参数对转矩波动影响较小,但对转矩幅值影响较大。此外受表面磁极的影响,内置磁极两端隔磁桥1处的漏磁随其宽度变化较小,因此可适当放宽隔磁桥1处的宽度,以改善电机转子机械强度,提高电机整体性能。     

辅助磁障永磁同步电动机的电磁分析与参数优化

辅助磁障永磁同步电动机既具有永磁同步电动机高功率密度、高效率、高功率因数等优势,又兼具同步磁阻电机的宽调速范围、无高温退磁等优点,在调速驱动领域具有广阔的应用前景。在优化辅助磁障永磁同步电动机磁障形状、周边磁桥形状、磁障层数和永磁体占比的基础上,将其与“一”字型和“V”字型内置式永磁同步电动机进行对比分析,借助二维有限元仿真软件对三种结构的负载转矩、转矩脉动、损耗及效率等运行性能进行全面对比。以减小齿槽转矩有效值、减小空载反电势谐波含量和提高负载转矩有效值为目标对辅助磁障永磁同步电动机进行转子结构优化,对辅助磁障永磁同步电机的推广应用具有一定的参考价值。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

大功率永磁辅助同步磁阻牵引电机磁极优化

永磁牵引系统是下一代轨道交通的发展方向,但高速惰行、带速重投和匝间短路等难题阻碍了永磁牵引的应用,永磁辅助同步磁阻电机是解决上述难题的最佳选择。总结了永磁辅助同步磁阻电机的设计方法,设计了3层U型磁障大功率牵引驱动电机,给出了各层磁障对应的极弧系数和磁障张角以及永磁体最佳尺寸比。提出用偏心气隙结合不均匀磁桥对磁极结构进行优化。发现气隙比为1.63时,抑制转矩脉动的效果最佳;而不均匀磁桥不仅可以降低转矩脉动,还使转子的机械强度得到提高。对所设计的380 kW永磁辅助同步磁阻牵引电机的分析表明,所提出的方法可有效地降低转矩脉动。     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

电动汽车用高功永磁同步电机设计与特性分析

针对传统内置式永磁同步电动机(PMSM)反电动势谐波含量高,转矩脉动大等缺点,提出一种高功率密度电动汽车用不等气隙永磁同步电机(UG-PMSM),通过气隙的不均匀特性,改善空载反电动势正弦特性.建立了UG-PMSM电机功率尺寸方程,利用二维有限元分析法,分析了空载永磁磁链、空载感应电动势、输出转矩、转矩脉动、齿槽转矩等静态特性,计算了UG-PMSM电感特性,在此基础上,研究了UG-PMSM过载能力与弱磁扩速范围.仿真分析结果验证了UG-PMSM高功率密度、高转矩密度、低转矩脉动等优点,适合应用于电动汽车驱动系统中.     

模糊自适应控制在永磁同步电机直接转矩控制的应用

提出了一种新的永磁同步电机直接转矩控制方法。永磁同步电机直接转矩控制中,没有任何一个逆变器开关矢量能够产生恰好的定子电压,使该电压可以产生所期望的转矩和磁通变化,因而产生了较大的转矩和磁通脉动,并且逆变器的开关周期不恒定。这种脉动通过控制正反电压矢量作用时间可以降低,提出了一种自适应模糊控制器确定占空比的方法。该控制器输出部分的比例因子可以根据转矩的变化趋势经自适应机构的模糊规则库在线调整,不仅可以使永磁同步电机直接转矩控制系统保持恒定的开关频率,而且可以有效地减小磁链和转矩脉动,特别是低速时的转矩脉动。仿真验证了自适应模糊永磁同步电机直接转矩控制策略的有效性。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

一种抑制盘式永磁电机转矩脉动的方法

针对盘式永磁电机气隙磁密和反电动势中含有谐波、存在转矩脉动的问题,提出了一种磁极形状优化方法以降低盘式永磁电机气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率、抑制转矩脉动。 建立了盘式永磁电机的等效磁网络模型,基于此模型解析计算出电机的空载反电动势,并通过有限元法进行了仿真验证。在确定最小气隙长度前提下,对不同磁极整形方法（即不整形、圆弧削极、偏心圆弧削极）气隙磁密、反电势、转矩脉动这些电磁性能进行了比较,得出了最佳优化方案。结果表明,优化设计后,气隙磁密波形和反电动势波形的畸变率明显减小,转矩脉动得到抑制。