新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

电励磁双定子场调制电机的多目标优化设计分析

电励磁双定子场调制电机适用于低速大转矩直驱应用场合,融合了双定子电机理论和磁场调制电机理论,具有转矩密度高和控制灵活等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构以及含有丰富的谐波磁场,利用有限元软件建立其结构参数模型,以高转矩密度和低转矩纹波为优化目标,基于敏感性分析对关键尺寸参数进行敏感度分层,并根据参数敏感度层次将基于遗传算法的多目标优化分析以及响应面法和单参扫描法等多种优化方法相结合,最终确定电机的最优结构尺寸参数。基于二维有限元法对所提电机的空载感应电动势、定位力矩、电磁转矩等电磁性能进行分析计算,并通过样机实验验证了基于参数敏感度分层的多目标优化设计方法的有效性和有限元分析的正确性,丰富了该类结构复杂的场调制电机的高效优化设计途径。     

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。     

基于响应面法的永磁电机转矩多目标优化

为优化一台36槽8极的表贴式永磁同步电机的输出转矩,以优化转矩波动系数、起动转矩值、输出转矩均值为目标,选择对电机转矩参数影响较大的磁钢厚度、磁钢偏心距、极弧系数3个电机参数进行优化。应用基于中心组合设计(CCD)的方法,构造实验样本数据组;通过有限元仿真分析,对响应面模型函数拟合回归;通过方差分析对模型的合理性进行评价;利用Design-Expert软件分析并求得最优参数解。结果表明,基于响应面法(RSM)的优化方法,能有效抑制转矩波动,提高输出转矩和起动转矩的幅值。     

混合励磁开关磁阻电机转矩特性多目标优化

针对开关磁阻电机低功率密度和低材料利用率的问题,为了进一步提高电机的转矩特性,设计了一台航空用三相12/10极混合励磁开关磁阻电机并对其转矩特性进行多目标优化。首先对新型电机的结构及其电磁转矩原理进行分析,然后进行电机设计,并选取设计变量,最后基于混沌粒子群算法与响应表面法对电机的平均转矩和转矩脉动进行多目标优化。仿真结果表明优化后电机的平均转矩提高了4.78%,转矩脉动减少42%,在保持较大的平均转矩情况下大幅度减少转矩脉动,实现了平稳起动过程。结论是混沌粒子群算法与响应表面法相结合的优化方法适合于新型电机的设计与优化过程,该方法可显著节约优化时间,提高效率,保证了求解精度,提高了全局寻优能力。     

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。     

基于粒子群算法的SR电机本体多目标优化设计

针对以往SR电机多变量、多约束条件、多目标的设计寻优过程中容易陷入局部最优,并且电磁场有限元分析计算耗时长的缺点,本文提出一种能快速收敛实现多目标全局优化的电机设计方法。利用广义回归神经网络对目标函数进行非线性建模,通过模糊自适应粒子群算法找寻帕雷托最优解,实现了SR电机定转子磁极极弧的全局优化设计。研究结果表明:在电机主要尺寸不变的条件下,显著地降低了样机的转矩脉动,提高了平均输出转矩。     

基于变权重免疫克隆选择算法的新型力矩电机多目标优化设计

针对传统的电机设计方法工作量大、数据处理繁琐和设计偏差大的不足,提出了新型力矩电机的优化设计方法。该方法利用APDL语言对电机进行参数化建模并进行有限元分析,在此基础上以Matlab为平台同Ansys实现数据连通,将目标"角度-转矩"曲线分解为多个基于差值二次方的目标函数,建立了基于聚合函数的新型力矩电机多目标优化模型。通过分析各个目标函数的权重,同时根据所得曲线中各部分拟合的难易程度,确定变权重机制,与免疫克隆选择算法(ICSA)相结合,提出了变权重免疫克隆选择算法(VW-ICSA),用VW-ICSA对上述模型进行求解,对该电机的参数进行优化。仿真结果表明,优化的结果更符合设计的要求,人工处理数据的工作量大大减少。     

永磁电机齿槽转矩的谐波分析与最小化设计

针对传统电机优化设计方法使用特殊形状的铁心或磁极,导致电机结构复杂、难以加工的问题,采用频谱分析的方法对内置式永磁电机和表贴式永磁电机的齿槽转矩进行研究.用有限元方法计算两种电机模型的齿槽转矩,进而由傅里叶变换得到其各次谐波的功率谱.理论分析表明,采用适当余数的分数槽电机可以消除齿槽转矩中的特定谐波分量;而优化极弧长度则可以使其谐波总量最小化.针对永磁电机齿槽转矩谐波分量较大的缺点,提出二者相结合的方法抑制永磁电机的齿槽转矩.有限元计算结果显示,优化设计后,齿槽转矩的幅值不足额定转矩的0.1%.     

基于多目标遗传算法的电机噪声优化

基于J-MAG软件建立了多目标优化有限元模型,将定转子冲片拓扑结构中影响电机性能的关键尺寸、位置进行参数化;采用软件内嵌的遗传优化算法,进行了电机单目标性能的优化,将转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩作为本次电机优化的目标函数;分析了不同性能指标之间的关联性。通过各指标加权,综合考虑转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩对电机振动噪声性能的影响,得出最优的设计方案;通过对比实验,验证了该优化方案的有效性。     

互感耦合SRM结构与性能的优化计算

针对如何从改进SRM转子结构及其定、转子参数优化角度提高电机转矩输出能力并减小其转矩脉动的问题,提出了利用改进禁忌搜索算法的优化方法对分块转子互感耦合开关磁阻电机进行定、转子结构的优化设计。以6/4极三相SRM为研究对象,建立了分块转子互感耦合开关磁阻电机的有限元仿真模型,分析了定、转子结构参数对电机输出转矩的影响,比较了常规转子SRM和分块转子互感耦合开关磁阻电机的转矩性能,并利用改进禁忌搜索算法对分块转子互感耦合开关磁阻电机定、转子结构参数进行了系统优化,提高了电机的运行性能,缩短了优化计算的时间。     

基于参数灵敏度的永磁辅助同步磁阻电机优化设计

提出一种基于参数灵敏度分析的转矩分离快速优化设计方法.建立永磁同步磁阻电机的参数化模型,采用多参数灵敏度分析方法,选出对电机优化目标影响较大的关键参数,通过构建响应面模型,选出最优结构尺寸参数.有限元验证了该方法的有效性,为该类复杂结构的永磁电机提供了一种快速设计优化方法.     

低速大转矩永磁电机的转子散热问题

对一台低速大转矩永磁电机进行有限元温升计算,并在保证电机性能参数基本不变的情况下对电机进行改进设计,缩短了铁心长度,提高了转矩密度,节省了材料。但改进后电机的转子和永磁体温度过高,易使永磁体退磁。结合fluent流固耦合计算方法,首先理论分析影响对流换热强弱的因素,然后研究加装散热风刺的不同尺寸对永磁体散热效果的影响规律,以及开设转子轴向、径向通风道对永磁体散热效果和温升分布的影响。最后进行样机试验,与理论分析结果进行对比,验证了所提转子散热方法的有效性及计算的准确性。该方法对低速大扭矩永磁电机的设计有借鉴意义。     

基于转子齿偏移的四相横向磁通永磁电机齿槽转矩削弱方法

提出一种基于转子齿偏移的方法,有效削弱横向磁通永磁电机齿槽转矩。运用傅里叶级数分析了四相横向磁通永磁电机齿槽转矩的表达式,并以此为基础给出了转子齿偏移角度的计算公式。由于该电机结构特殊,单元结构中的两相耦合度高且漏磁系数较大,使得解析方法的计算结果存在误差。为了得到更精确的偏移角度,采用有限元方法对计算所得偏移角度进行修正仿真。此外,还研究了转子齿偏移之后对电机性能的影响,并得出结论:该优化方法能有效削弱齿槽转矩,显著减小电机转矩脉动。同时,结合横向磁通电机的特点,提出了增加齿宽的方法以解决电机优化过程带来的电机出力减小的问题。     

某型AUV对转电机子群协同多目标粒子群优化

某型自主水下航行器(AUV)需要一种高效、小质量的对转电机,同时要求电机在尾段密闭条件下可长时间航行。针对这一问题,从电机计算模型和多目标优化算法两方面,提出基于电磁一热耦合模型和子群协同的多目标粒子群帕累托最优(MOPSO)设计方法。该模型使用气隙磁场解析法进行电磁计算,使用等效热网络法计算电磁一热耦合情况下的电机温升。利用计算流体力学(CFD)方法计算旋转部件及航行器壳体的对流换热系数,以解决对流等效热阻计算不准确的问题。最后以效率和质量为优化目标,电机温升和几何条件及磁路磁密为约束条件,使用改进的MOPSO方法进行优化,并将优化结果与NSGA-Ⅱ算法优化结果进行比较,结果表明该方法能够获得更接近于真实帕累托前沿的解集,且解集分布性良好。制作样机后进行试验,功率、转速、效率、质量等指标均满足要求,且尾段密闭条件下5h负载温升符合要求。     

双定子游标磁阻电机的转矩研究

为了满足很多场合中低速大转矩直接驱动电机的需要,基于传统游标磁阻结构电机改进设计了一种双定子中间转子式的新型游标磁阻电机。分析了传统游标磁阻电机的工作原理并推导出其电磁转矩表达式,利用有限元法对比分析新型游标磁阻电机和传统游标磁阻电机的性能,仿真计算得出该新型电机的平均转矩比传统游标磁阻电机高44%,通过对内外定子间的相对角度进行优化,得出最优角度为15°,此时其平均转矩与优化前相比提高9.5%。     

基于代理模型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（IPMSM）因其具有高功率密度、宽调速范围和高效率等优点,被广泛应用于新能源汽车中。本文以一台IPMSM模型为研究对象,针对多目标优化过程中多次有限元迭代导致的计算时间长和优化效率低的问题,提出一种基于人工神经网络（ANN）代理模型的多目标优化方法。以电机的平均转矩和转矩脉动为优化目标,将转子相关结构参数作为优化变量,使用ANN代理模型构建优化变量和优化目标的映射关系,并采用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对电机进行多目标优化设计。最后,通过有限元仿真分析证明了本文提出的基于ANN代理模型的多目标优化方法的正确性。     

基于双滑模估计的主从结构共轴双电机模型预测直接转矩控制无速度传感器控制策略

该文以典型的主传动刚性连接共轴双电机为对象,针对双电机主从结构下的高性能控制进行研究,提出一种基于双滑模估计的共轴双电机主从结构无速度传感器模型预测直接转矩控制(MPDTC)策略,在优化双电机转矩动、稳态均衡性能的基础上进行无速度传感器控制,提高系统整体的容错性能.该策略在MPDTC的基础上引入二步反馈补偿预测以提高系统动态性能,并且进一步减小主,从转矩差,同时在传统滑模观测器的基础上设计带随速因子的Sigmoid函数进行单电机转速与转子位置辨识,并结合MPDTC进一步设计基于双滑模估计的共轴电机速度观测器.将仿真结果与多种控制方法进行叠加比较,并在主传动实验平台上进行实验验证,结果表明所提出的主从控制改进策略能进一步抑制稳态转矩脉振和主从电机转矩差,同时能对速度、负载阶跃下的转速进行良好跟踪,尤其是故障下的无速度控制性能良好.     

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。     

基于注塑机壳的伺服电机性能分析

为了降低伺服电机制作成本和减小体积,提出采用注塑机壳的伺服电机设计方法,对定子铁芯拓扑重新设计,增大定子铁芯外径,从而缩短电机轴向长度.基于电磁转矩最大和转矩脉动最小的原则,完成注塑电机结构优化,并确定尺寸;分析有限元计算结果发现,采用注塑的机壳的电机转矩显著增大;缩短注塑电机的轴向尺寸,使其转矩性能与传统金属机壳电机...