车用永磁同步电机拓扑结构优化与实验研究

为了满足电动汽车对永磁驱动电机要求功率密度高、调速范围广的性能需求,以一台商务车用60 kW永磁同步电机的电磁结构优化为例,首先通过电磁设计理论研究分析了影响永磁调速电机过载能力、调速范围的因素,并利用有限元电磁场计算软件建立电机的有限元模型,计算并分析不同磁路结构中电机的d、q轴电感、凸极率、弱磁率等因素对其性能的影响,进而对电机的定、转子冲片的拓扑结构进行优化。最后,制造了实验样机,并搭建了电机控制系统的实验平台,试验测试了样机在不同工况下的性能,并与仿真结果进行了对比,验证了有限元设计的准确性和可行性,为电动汽车用电机的结构参数优化提供了参考方向。     

基于有限元法的电动汽车永磁同步电机模态分析

车用永磁同步电机(PMSM)追求轻量化的设计带来了更为严重的电机振动噪声危害。准确分析计算PMSM的模态是对其进行振动噪声特性研究的基础。采用有限元法对电动汽车PMSM进行模态仿真计算。通过对电机模型进行适当的简化与等效,计算出电机自由状态下前6阶的固有频率及其对应的振型;并将样机进行锤击法的模态试验,验证了电机有限元模态仿真模型的准确性。     

内置式永磁同步电机电磁退磁性能研究

本文针对内置式永磁同步电机中永磁体在高温环境下工作易发生不可逆退磁的问题,以一台峰值功率70kW内置式永磁同步电机为例,首先从永磁体退磁机理入手,分析永磁体发生不可逆退磁的电磁机理,继而建立电机的2D有限元仿真模型,计算并分析了不同d、q轴退磁电流、工作温度对永磁体退磁性能的影响,进而提出提高内置式永磁同步电机抗退磁能力的方法。最后,试制样机,进行退磁实验,对比实验前后反电势波形,验证了电机的抗退磁能力及有限元仿真的可行性。     

电动汽车用双层永磁体IPMSM优化分析

提出一种电动汽车用双层永磁体内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM),分析其基本电磁关系,进行优化分析。采用有限元分析软件建立电机结构模型,分析单边气隙长度不同时气隙磁密及谐波畸变率变化规律;研究了不同定子槽口宽度下电机齿槽转矩的变化趋势;通过改变第二层永磁体两侧隔磁桥间距Rib及第一层永磁体中间隔磁桥与转轴距离O2,获得电机输出转矩与转矩纹波的变化规律;分析双层永磁体尺寸变化时的电机效率,得到最优永磁体尺寸参数。样机试验表明:实测值与仿真值基本吻合,验证了样机设计的合理性。     

新型交流调磁型永磁同步电机基本机理及运行特性EI北大核心CSCD

以提升永磁同步电机广速域运行性能为目标,提出一种新型交流调磁型永磁同步电机(AC flux-regulation permannent magnet synchronous motor,ACFR-PMSM),相较于传统永磁同步电机,所提电机拥有独立的轴向定子及轴向交流绕组,且转子上设计有凸出的轴向导磁极。该电机的数学模型、等效磁路模型和三维有限元模型分别被建立,并通过对比计算证明了所搭建模型的准确性。另外,通过对该电机等效磁路模型的分析,归纳了电磁性能与径向定子裂比、电机轴径比、永磁体参数的关系,进而完成了该电机关键尺寸参数的优选设计。采用三维有限元分析进行了所设计电机与传统永磁电机的电磁性能对标,结果表明,ACFR-PMSM拥有更优秀的磁场调节能力、更低的永磁体退磁风险及更宽的恒功率运行范围。最后,制造了一台ACFR-PMSM样机并搭建了测试平台,经验证,所制造样机的实测结果与有限元仿真结果的吻合度良好。样机的性能测试结果展现了ACFRPMSM在诸如电动汽车驱动、航空起动/发电系统、新能源发电等需要进行高效磁场调节及高性能宽速域运行领域的广阔应用前景。     

低转矩脉动五相永磁辅助式磁阻电机优化设计

为了提高同步磁阻电机的功率密度幵降低转矩脉动,同时降低永磁同步电机的制造成本,设计了一台五相永磁辅助式同步磁阻电机。首先使用集中参数模型对电机的结构和等效电路迚行分析,然后在此基础上构建了优化模型的目标参数。根据最优电机结构,使用有限元软件分析电机性能得出其转矩脉动低且凸极率高的结论,幵据此制造了一台样机。样机的实验结果与仿真分析一致,所设计的电机可以替代同步磁阻电机及永磁同步电机应用于电动汽车中。     

电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究

电动汽车用永磁同步电机的电磁振动噪声水平直接影响着电动汽车的NVH性能。基于理论分析与Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台电动汽车驱动用永磁同步电机的电磁噪声特性,并进行优化分析。电机的电磁噪声主要来源于电机定子齿部的电磁激振力,不同转子结构会对磁场产生不同的影响,通过优化转子隔磁桥结构进而改变电机定子齿部的电磁激振力,降低电机的振动噪声。分别建立优化前后电机的电磁场有限元模型,仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力;建立优化前后电机结构3D有限元模型,计算电机结构的径向模态频率;通过对电机定子结构的振动响应进行有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱。最后,通过ANSYS Acoustics有限元仿真分析得到电机电磁噪声特性。通过对比优化前后的结果可知,优化后的电机在保证电磁性能的前提下有效降低了电机的振动噪声,并通过实验验证了仿真结果的有效性。     

盘式对转双转子永磁同步电机的设计和特性分析

针对一种对转螺旋桨驱动用盘式对转双转子永磁同步电机进行了分析,提出了该电机的基本设计方法,得到了电机主要尺寸参数的设计方程;利用有限元软件对该电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到了其磁路特性和主要性能参数,并重点分析了两个永磁转子存在位置差时电机总反电动势波形的特点,利用有限元结果对永磁转子所受的轴向磁拉力进行了计算和分析;最后对所设计的2.2 k W电机样机进行了试验验证。     

电动汽车用调速永磁同步电动机分析与设计

根据电动汽车驱动用调速永磁同步电动机的技术要求确定电机的主要尺寸,对内置式转子结构、永磁体尺寸、转子偏心距进行了设计,并根据电动汽车的运行工况确定了电机绕组的连接方式及匝数。建立了电机的二维有限元模型,计算了电机在空载情况下的漏磁系数、反电势及额定输出转矩。最后制作样机进行相关性能的测试,测试结果符合电动汽车设计的技术要求。该文为电动汽车用调速永磁同步电动机的设计提供了相关方法,具有一定的参考意义。     

永磁同步电机三维磁场计算及分析

永磁同步电机具有功率密度大、运行安全可靠以及维护简单等优点而得到广泛应用。在深入分析永磁同步电机三维磁场分布特性基础上,以12槽永磁同步电机为例,用有限元分析方法建立了电机模型。采用棱边单元法对电机进行了三维电磁场数值计算,研究了不同单元形状对电磁场计算结果的影响,并进行了仿真验证,结果证明在可靠性、计算速度和气隙磁密方面,采用棱边单元法进行有限元磁场计算较现有方法有着较大提高。最后基于设计的1 kW永磁电机搭建了实验平台,对其短路过程进行了研究,得到了永磁同步电机的最大短路电流,实验结果验证了所采用仿真方法的正确性,对设计、研究永磁电机有一定参考意义。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

电动汽车驱动用分数槽永磁同步电机电磁噪声优化

分数槽永磁同步电机因存在较低阶次的径向电磁力,导致其电磁噪声较大。基于理论分析、Optislang多目标优化平台与Ansys多物理场有限元分析平台,对一台电动汽车驱动用8极36槽永磁同步电机的电磁噪声进行分析和优化。电机的电磁噪声主要是由作用于定子齿上的径向电磁力波使定子铁心振动变形引起,在定子齿顶开辅助槽并对其齿槽参数进行优化,以削弱径向电磁力。建立电机的二维有限元模型,利用Optislang对不同工况下的定子辅助槽及齿槽参数进行多目标优化,计算得到Pareto前沿并从中找到相对最优解。对比分析电机优化前后定子齿部的径向电磁力,将其映射到所对应的三维结构上,利用Ansys计算得到电机优化前后的电磁噪声,并通过样机的噪声试验验证了仿真结果的有效性。     

车用永磁同步电机极限变工况温升特性

为了研究电动汽车在极限行驶时,车用永磁同步电机的温度分布和变化规律,提出一种极限变工况的概念。建立了电机全域温度场计算模型,采用有限元法计算了该电机在单工况下的三维温度场,并通过与台架试验数据对比,验证了仿真模型和计算结果的准确性;再对样机在极限变工况下运行时进行温度场仿真计算,得到了电机在极限变工况下的温升特性。     

一种带自动弱磁装置的混合式转子永磁同步电机设计与研究

针对传统永磁电机内部磁场难以灵活调整的问题,提出了一种带自动调磁机械装置的混合式转子结构永磁同步电机。分别介绍了混合式转子结构电机和附加的机械自动调磁装置,并分析了电机运行原理。通过有限元仿真和机械动力学分析研究了电机在不同运行状态下,气隙磁密、空载反电势、转速-转矩关系以及机械装置的齿轮旋转角度等,验证了机械调磁装置的可行性与可靠性。结果表明该电机具有良好的磁场调节能力,为混合动力汽车驱动电机设计与恒压发电提供参考。     

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.     

基于ANSYS的电动关节一体化永磁电机性能分析

根据电动关节用永磁电机的技术要求,确定电机的主要尺寸,基于ANSYS/Maxwell建立了电机的二维有限元模型,对永磁电机的永磁体尺寸进行了优化设计,计算了电机空载反电动势、齿槽转矩及负载输出转矩。将电机主要性能指标的仿真数据与样机测试数据进行了比较,验证了该仿真模型的准确性和分析方法的正确性。     

永磁同步推进电机电磁振动分析

依据Maxwell应力方程推导了永磁同步电机径向电磁力的解析表达式,分析归纳了电机内各阶次、各频率径向电磁力的来源。以一台45槽10极永磁同步推进电机为例,分别建立了电机电磁有限元模型和结构有限元模型,并进行了模态分析;将电磁有限元模型中得到的径向电磁力耦合到结构有限元模型中,对电机进行了电磁振动谐响应分析;最后将样机实测加速度频谱与有限元仿真结果进行对比,验证了径向电磁力解析式及电磁振动有限元仿真结果的正确性。     

基于NEDC路谱的对称与非对称型永磁同步电机优化设计

用于电动汽车的永磁同步电机不仅需要考虑额定工况的性能,还需要考虑整个路谱下的综合效率。基于此,介绍了一种基于新标欧洲循环测试(NEDC)路谱的非对称V型内嵌式永磁同步电机优化设计方法。将上述非对称电机中永磁体上下两部分的几何参数分别作为独立参数进行参数化建模,然后以NEDC效率和转矩成本比为优化目标,采用遗传算法分别对对称和非对称V型永磁同步电机进行多目标优化。最后,选取帕累托前沿上的最佳设计点进行电磁性能仿真比较。仿真结果表明,与对称结构相比,非对称转子结构由于磁场偏移效应而表现出更强的转矩性能。因此,非对称V型永磁同步电机具有更加优异的电磁性能和更低的制造成本,在电动汽车领域具有广阔的应用前景。     

内置式永磁同步电机高效区间研究

针对永磁同步电机运行效率高且高效区间分布范围广的特点，本文基于100kW电动汽车驱动用内置式永磁同步电机对效率曲线图中的高效区间进行了分析与研究。在解析法和有限元法的基础上，建立电机的有限元电磁模型，分析铁芯损耗和绕组铜耗对效率曲线图中高效区间分布的影响。最后，通过试验测试与计算结果之间的对比，验证了有限元分析的正确性。