极宽调制式永磁电机削弱齿槽转矩分析与实验

由于齿槽转矩的存在会使电机产生转矩振荡和噪声,根据齿槽转矩的产生机理,对比现阶段抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制式永磁电机在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元电磁场分析软件Ansoft对传统表面式永磁电机和极宽调制式永磁电机进行模拟仿真,计算两种结构永磁电机的齿槽转矩,并设计构建一个由角度传感器、永磁电机、扭矩扳手等器件组成的齿槽转矩测试系统,并对两种不同结构样机的齿槽转矩进行实验.实验结果与Ansoft仿真结果具有一致性,证明了极宽调制式电机降低永磁电机齿槽转矩方法的正确性,极宽调制方法也是削弱齿槽转矩的有效方法.     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

新型抽油机用盘式永磁电机的磁场与力特性

为了提高传统游梁式抽油机的效率并简化系统结构,提出了用盘式永磁电机直接替代原系统的三相感应电机及减速机构,新系统采用背靠背双盘式永磁电机直接驱动连杆.考虑盘式永磁电机磁场分布的特点,采用三维有限元方法分析了该电机一对极下气隙中的磁通密度,计算了空载电动势、转矩与轴向吸力,其中电机转矩和空载电动势与样机实验值相吻合,证明了三维有限元分析的结果比传统设计方法更准确.研究表明,盘式永磁电机驱动的新型抽油机结构简单,效率高,并能够在低速时提供大转矩,有利于抽油机的起动.     

定子闭口槽结构对永磁电机齿槽转矩影响分析

较大齿槽转矩的存在不仅影响电机的性能,而且还会使电机产生较大的振动和噪声,严重缩短了电机的使用寿命。从电机的齿槽转矩公式出发,研究闭口槽结构及参数对电机齿槽转矩和振动噪声的影响;采用有限元的方法,针对这一问题提出的结构进行了仿真,详细地分析了闭口槽结构对反电动势、齿槽转矩、平均转矩的影响规律,并进一步分析了电机的振动和噪声。研究表明,采用定子闭口槽结构可有效地减少永磁电机的齿槽转矩,电机的振动加速度得到了大幅减低。     

分数槽低速大转矩永磁同步电机设计

设计了一种30槽32极分数槽低速大转矩永磁同步电机(FS-PMSM),分数槽绕组采用上下左右四层绕线方法,突破了常规的单、双层绕组方法,通过有限元方法对电机电磁转矩进行分析,发现选择合适的槽电势偏移角不但可以增加一定的电磁转矩,而且可以有效减小转矩波动。在综合考虑电机转矩性能和气隙磁密正弦性的基础上,采用钕铁硼永磁与铁氧体永磁相结合的方法,对电机转子磁极结构进行优化,减少了钕铁硼永磁体的用量,降低了电机造价;对空载反电势进行谐波分析,优化后的磁极结构能减少反电势中的谐波含量。对电机进行二维动态仿真,结果表明方案设计合理,能够表现良好的性能,对此类电机设计与优化具有较高的参考价值。     

轴向磁化永磁微电机转矩与最小尺寸

为研究尺寸效应对轴向磁化永磁电机性能的影响,采用基于单元边的有限元方法对双转子电机的转矩进行了仿真计算,并将直径为20 mm电机的一系列转矩计算结果和实验测得结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。得出了轴向磁化永磁微电机定子线圈线宽和线间距均为50μm的最佳布线密度。分析了电机在结构、转矩和气隙磁场多方面因素共同限制下所能达到的最小尺寸,即精密机械意义上的能满足实际应用的最小电机直径为10 mm,厚度为5．2 mm,通以0．1 A的电流时能获得47μN·m的转矩。分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导做用。     

永磁无刷直流电机优化设计与仿真

利用遗传-模拟退火混合算法,以磁钢厚度、气隙高度、磁钢宽度、极弧系数、电枢长径比为优化变量,以起动电流、转子轭部磁密、起动转矩、槽满率为约束条件,以减小电机的转矩脉动为目的,编写永磁无刷直流电动机的优化设计程序。利用ANSOFT有限元软件对电机进行优化前后动静态仿真对比实验。结果表明,永磁无刷直流电机优化后的转矩脉动明显减小。     

轴向磁化永磁微电机转矩与最小尺寸

为研究尺寸效应对轴向磁化永磁电机性能的影响,采用基于单元边的有限元方法对双转子电机的转矩进行了仿真计算,并将直径为20 mm电机的一系列转矩计算结果和实验测得结果进行了比较,计算值和实测值基本一致.得出了轴向磁化永磁微电机定子线圈线宽和线间距均为50μm的最佳布线密度.分析了电机在结构、转矩和气隙磁场多方面因素共同限制下所能达到的最小尺寸,即精密机械意义上的能满足实际应用的最小电机直径为10 mm,厚度为5.2 mm,通以0.1 A的电流时能获得47μN·m的转矩.分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导做用.     

基于田口法的永磁同步电机转子优化设计

为降低永磁同步电机在高速运转过程中存在的振动和噪音问题,本文以转子磁钢的极弧系数、磁钢厚度和定转子之间气隙径向距离为优化参数,采用田口优化算法对永磁同步电机转子进行优化设计,建立正交实验矩阵,利用ANSYS Electronics Desktop电磁仿真软件进行有限元仿真实验,在保证效率不降低的前提下,优先选择齿槽转矩和转矩脉动最低的参数组合。仿真结果表明,优化后与优化前相比,齿槽转矩降低了27.5%,转矩脉动降低了17.2%,效率提高到96.959 4%。与传统全水平正交优化方法相比,该设计节约了优化实验的次数,减少了优化设计所需要的时间,提高了优化效率。说明田口优化算法在电机优化设计中具有可行性和实用性。该研究对实际电机设计具有理论指导意义。     

永磁转子偏转式三自由度电机建模与结构分析

针对以往研究中单层结构永磁转子三自由度电机转矩特性的不足,提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度运动电机,采用球坐标系下分离变量法和洛伦兹力法分别对电机气隙磁场和转矩进行解析建模,确定气隙磁场空间谐波含量和结构参数对基波磁通密度和转矩幅值的影响,同时进行三维有限元仿真分析.通过研究两种计算方法下气隙磁场、自转和偏转转矩的特点及规律,并进行对比分析.结果表明:"蝶形"永磁转子结构的气隙磁通密度分布和转矩特性优于单层结构,气隙磁通密度径向分量空间分布近似平顶波,转子中间层磁极的气隙磁通密度幅值最大,解析法与有限元法的计算误差均小于6.7%.     

基于有限元分析的内置式永磁同步电机转矩特性的优化设计

内置式永磁同步电机(IPMSM)的转矩特性直接影响着电机驱动运行的平稳性,针对转矩中的脉动,一方面通过定子斜槽消除齿槽转矩,另一方面通过永磁体分段来减小纹波转矩,最终达到了减小转矩脉动的目的,并且在一定程度上提高了电机弱磁调速的能力,扩大了电机的恒功率范围。     

基于斜磁极的盘式永磁电机齿槽转矩削弱方法

采用基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出盘式永磁电机在斜极前后的齿槽转矩解析表达式,研究整体磁极斜极与分段磁极斜极对齿槽转矩的不同影响.在此基础上,提出通过确定磁极分段数量、优化分段磁块径向尺寸及选择合适极弧系数来进一步削弱齿槽转矩的方法,利用有限元法进行仿真分析,并将此方法应用于抽油机用盘式电机的转子结构设计.实验结果表明,采用分段磁极斜极方法对削弱盘式永磁电机的齿槽转矩具有理想的效果.     

永磁无刷直流电动机反电动势及定位力矩的计算与仿真

以一台八极方波永磁无刷直流电动机为例,建立了给定电机的求解域和假设条件下的有限元方程,采用有限元法计算了电机的瞬态电磁场和稳态电磁场,给出了反电动势和定位力矩的计算方法.在此基础上,仿真了空载和负载下的电机反电动势,并且对不同磁钢尺寸下的定位力矩进行了分析计算.计算表明,受电枢反应和换向电感的影响,反电动势有较大波动,定位力矩的大小同磁化方向长度和极弧系数成正比关系.     

神经网络用于永磁同步电机系统波动力矩补偿

电机系统的波动力矩是影响精密伺服系统响应精度的一个关键因素，对恒速工作的永磁同步电机系统进行分析并提出了在电机系统控制指令中叠加补偿指令的抑制波动力矩方法，构造了相应的多层前馈神经网络模型，采用改进的BP网络--SPDS算法进行网络训练，实现了波动力矩补偿指令的计算，经样机系统验证得到了满意的波动力矩补偿结果。表明这种补偿构造方法具有良好的工程实用价值。     

永磁同步电机直接转矩控制无传感器运行研究

传统永磁同步电机（PMSM）直接转矩控制存在电流、磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定等问题，而且速度传感器的存在降低了系统运行的可靠性，增加了系统费用.在PMSM变结构直接转矩控制的基础上，提出了基于瞬时功角检测的速度估算方案，实现PMSM直接转矩控制无传感器运行.实验结果表明，提出的方案能够有效解决带传感器的传统直接转矩控制存在的问题，同时保持直接转矩控制固有的转矩快速响应的特征和系统鲁棒性强的优点，有效地改善了系统的动、静态运行性能，提高了系统运行的可靠性.     

双凸极永磁电机的对称化设计

针对永磁双凸极电机存在各相反电势（EMF）不对称和转矩脉动较大的问题,提出2种分别基于不等槽宽和等槽宽设计的新型双凸极永磁（DSPM）电机.该设计方法可以确保电机各相磁路具有相同的磁阻特性,并通过定子绕组的特殊排布以补偿电机自感的变化.通过实现电机各相磁路对称并削弱自感的波动程度,可以有效消除电机各相EMF的不对称以及最大程度削弱转矩脉动.采用有限元时步法对新型电机处于空载和负载条件下的稳态性能进行了比较分析.仿真和实验结果验证了新型DSPM设计方法的有效性.     

Indirect Measurement of Torque Ripple for Permanent Magnet Brushless DC Torque Motor

ＩｎｄｉｒｅｃｔＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＴｏｒｑｕｅＲｉｐｐｌｅｆｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣＴｏｒｑｕｅＭｏｔｏｒＳＵＮＬｉ；ＺＨＡＮＧＺｈｉｚｈｏｎｇ；ＬＵＹｏｎｇｐｉｎｇ（孙力）（张志忠）（陆永平）（Ｄｅｐｔ．ｏｆ...