内置式永磁同步电动机齿槽转矩分析

齿槽转矩会引起永磁同步电动机的转矩脉动,导致振动和噪声的产生,从而影响电机在控制系统中的低速性能和定位精度。为了削弱电机的齿槽转矩,利用有限元仿真软件,并结合齿槽转矩解析表达式,分别研究了极弧系数、定子槽数以及偏心转子结构对齿槽转矩的影响规律,最终得到通过选择合适的电机结构参数有利于降低齿槽转矩、优化电机性能的结论。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

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。     

带齿槽转矩补偿的横向磁通永磁电机DTC技术研究

横向磁通永磁电机（TFPMM）因结构特殊,存在功率因数低、转矩脉动大等问题,需要改进控制算法来降低电机的转矩脉动,改善控制系统性能。在传统的直接转矩控制(DTC)基础上提出空间矢量调制(SVM)的DTC策略,以改善传统控制策略中电流、磁链控制不精确,转矩脉动大的问题。针对TFPMM齿槽转矩比较大的问题,将电机齿槽转矩拟合成电角度的表达式,补偿到转矩观测器输出端,使转矩观测器能观测齿槽转矩分量,起到抑制齿槽转矩脉动的作用。仿真结果验证SVM-DTC比传统DTC的电流波形更平滑,磁链控制更精确。采用齿槽转矩补偿的方法后电机转矩脉动显著减小,验证了补偿控制算法的有效性。改进的控制算法提高了电机控制系统整体性能。     

轮边直驱永磁盘式电机转矩脉动分析与抑制

针对纯电动汽车轮边直驱永磁盘式电机的转矩脉动较大问题,为提高电机转矩输出的平稳性,对6k W、933 r/min额定转速的双定子单转子磁路结构的永磁盘式电机齿槽转矩与纹波转矩脉动进行了研究。通过对齿槽转矩与纹波转矩的理论推导,并建立了数学模型。利用三维有限元的分析方法,建立了永磁盘式电机三维仿真模型,以永磁体斜极角为变量,分析斜极角对齿槽转矩的削减情况,合理选择永磁体斜极角。对电机不同永磁体斜极角下的空载反电动势进行谐波分析,通过优化反电动势谐波的方法来抑制电机纹波转矩脉动。研究结果表明,采用永磁体斜极方式时双定子单转子永磁盘式电机的齿槽转矩抑制效果明显,齿槽转矩由5.4N.m降低到0.9N.m,纹波转矩脉动由10.9%降低到3.6%,转矩脉动优化显著。     

定子间隙宽度对拼块式永磁电机电磁性能的影响

为探究定子间隙宽度对不同槽极配置及不同拼块式结构永磁电机电磁性能的影响,通过有限元仿真软件建立12槽10极和12槽14极定子一体式、E型拼块式、C型拼块式永磁电机的仿真模型,通过改变定子间隙宽度,得出定子间隙宽度与各电磁性能间的关系,并进行理论分析验证。结果表明：12槽10极电机更适合采用C型2 mm/4 mm拼块式结构降低齿槽转矩和转矩脉动;12槽14极电机更适合采用E型4 mm拼块式结构提高输出转矩或采用C型2 mm降低齿槽转矩和转矩脉动。     

V型内置式永磁同步电机的齿槽转矩研究

永磁同步电机齿槽转矩的削弱是改善电机性能的重点之一。本文基于某款电动汽车驱动用48槽8极V型内置式永磁同步电机,根据齿槽转矩的数学模型,分别建立以永磁体夹角、永磁体长宽比、气隙长度为变量的参数化扫描模型。通过有限元仿真对空载齿槽转矩、额定输出转矩及转矩脉动进行了分析,并得出了以上三个变量对齿槽转矩的影响关系。为优化V型内置式永磁同步电机的振动噪音,削弱齿槽转矩提供了研究方向。     

基于等宽极厚调制的永磁电机优化设计

表贴式永磁同步电机气隙磁密谐波含量高,导致电机空载反电动势正弦度差,影响电机转矩脉动;齿槽转矩是永磁同步到电机固有属性,会使电机在运行过程中产生转矩脉动和噪声;针对以上问题,提出采用分块磁极等宽极厚正弦调制的方法优化永磁同步电机气隙磁密和齿槽转矩。使用有限元进行仿真分析,验证了该方法的正确性,表明该方法能有效抑制永磁同步电机气隙磁密谐波分量,在一定极弧系数范围内对齿槽转矩抑制具有较好的效果,同时在不降低电机平均输出转矩的情况下减小电机转矩脉动。     

电动自行车用磁通切换电机研究

针对电动自行车用磁通切换电机齿槽转矩大的问题，依据槽极配合原理，设计并对比了12槽10极和12槽11极2台电机。有限元仿真结果表明，12槽11极电机的转矩脉动仅为12槽10极的16.6%，通过转子分段斜极方式进一步减小其齿槽转矩，同时分析转子斜极角度对电机转矩性能的影响。研究结果表明，斜极优化后的12槽11极磁通切换电机转矩脉动仅有2%，且输出转矩能够满足电动自行车日常行驶动力需求。     

定转子材料组合方式对再制造电机性能影响

为节约资源和提升原电机性能,将非晶材料与硅钢材料组合应用于定转子铁心进行电机再制造。根据定转子材料不同组合方式提出3种再制造方案,基于Ansoft Maxwell分析了不同组合方式对再制造电机磁密、转矩及脉动、铁耗、效率和齿槽转矩等性能的影响,确定了最佳再制造方案,并基于近似叠加算法,采用分段设置定子斜槽削弱了齿槽转矩。与原电机相比,再制造电机铁耗降低51.73%,转矩提高1.43%,转矩脉动降低6.45%,效率提升0.75%,齿槽转矩优化后降低为原电机的19%,表明了再制造电机的优越性     

新型开关磁阻电机优化设计

为降低开关磁阻电机转矩脉动以及提高转矩出力,提出一种在定转子齿上依次开槽的优化设计方案,对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各个开槽参数对性能指标的影响,以性能指标最优为目标选取参数,并利用有限元方法分析了电流转矩特性验证效果。由于该方案无法对多个开槽参数协同优化,因此进一步提出方案二,即借助多学科优化工具optiSLang,使用多目标粒子群算法对开槽参数进行全局优化,得到Pareto最优解集后再使用TOPSIS法客观地从中选取出全局最优解。优化后,与未开槽时相比,转矩脉动下降了32.347%,平均转矩上升了12.594%,效果令人满意。     

基于气隙变化的开关磁阻电机结构优化设计

针对电动汽车用开关磁阻电机转矩脉动大的问题,深入分析了电感、磁路饱和程度、径向力等对转矩及转矩脉动产生的影响,提出了设计并优化定子斜齿结构的方案,通过建立坐标系,用方程表示定子斜齿前沿所在直线和转子的运动轨迹,推导了转矩随定子结构改变的直接变化关系。对不同定子齿结构进行有限元仿真,验证理论推导,对比转矩脉动、最大转矩、电感、磁密等参数,确定最优定子斜齿结构。研究结果表明:通过电机优化设计,最大转矩增加20.8Nm,平均转矩增加23Nm,转矩脉动下降13%,提高了转矩输出能力,减小了转矩脉动。     

减小转矩波动的内置式永磁同步电机空气隔磁槽优化设计

内置式永磁同步电机转矩波动的存在影响电机系统的控制精度,因此如何减小电机转矩波动一直是研究热点。针对具有隔磁桥结构的内置式永磁同步电机,本文提出了一种减小内置式永磁电机转矩波动的空气隔磁槽优化设计方法,即以降低电机转矩波动为优化目标,以空气隔磁槽结构几何参数为优化变量,基于Taguchi法实现了内置式永磁同步电机低转矩波动设计。在此基础上,对优化前后电机空载和额定负载工况进行了有限元仿真对比分析。结果表明,所提出方法可以在保持额定输出转矩不变的前提下有效降低电机空载齿槽转矩和负载转矩波动,提高电机的性能。     

基于教与学算法的SRM转矩分配函数优化及控制研究

针对开关磁阻电机(SRM)换相阶段转矩脉动严重问题,提出基于教与学算法的转矩分配函数优化策略。以开通角、关断角、换相重叠角为寻优对象,输出转矩跟随参考转矩能力为评价指标,结合转矩分配函数与直接瞬时转矩控制,构成转矩闭环。为提升系统动态性能,转速环采用分数阶滑模控制方法,将其输出作为转矩环参考转矩。仿真实验结果表明,经教与学算法优化后,转矩可在相绕组换相阶段平滑过渡,且输出转矩脉动得到明显抑制;分数阶滑模较PI控制而言,系统转速迅速进入稳态,且上升过程无超调,有利于提升系统动态特性。     

田口法在永磁同步电机多目标优化设计的应用

针对某电动物流车用永磁同步电机的齿槽转矩和转矩脉动较大,以及电机效率与转矩密度较低这一问题,提出一种基于田口法的某物流车用永磁同步电机多目标优化设计方法。通过选取气隙长度δ、永磁体厚度hm、定子铁心内径Di1、定子齿宽bt2和槽口宽b02等5个参数作为优化因子,以电机最高效率、最小齿槽转矩、最大转矩密度三个参数为优化目标,采用田口法建立正交实验表进行性能指标优化,以得到最佳结构参数组合。正交实验与仿真结果表明,优化后的齿槽转矩减小70.4%,转矩脉动降低12.4%,电机最高效率及转矩密度分别增加了7.8%和17.5%,体现出所提方法的有效性,并通过试验证明仿真结果的真实性。     

三相永磁容错电机单相故障的容错控制

为了使三相永磁容错电机在单相故障后仍能输出满足要求的转矩,提出了容错电流优化控制方法。针对开路故障,利用故障前后磁动势不变的原则,得到了故障时的容错补偿电流,实现对转矩脉动的补偿。针对短路故障,利用分开补偿的策略,对由短路电流引起的转矩脉动和缺相不对称转矩脉动进行分开补偿,进行了电流矢量合成,实现了电机在短路时输出转矩脉动的最小化。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证了所提出容错控制方法的有效性。     

多层磁障转子同步磁阻电机设计研究

针对复杂的多层磁障同步磁阻电机（SynRM）,在定、转子快速设计方面进行研究。以1台3 kW、4极电机为例,对比不同绕组形式下SynRM的性能。为降低转矩脉动,提出典型C型磁障转子的简化模型。研究各参数对电机输出转矩和转矩脉动的影响,并借助多目标优化算法进一步优化磁障参数,为同类电机的设计分析提供参考。     

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。