利用不均匀气隙优化自起动永磁电机的气隙磁密波形

为了减小空载气隙磁场中谐波磁场对电机性能的影响,对内置"V"型转子磁路结构自起动永磁同步电动机的转子磁极形状进行了优化。采用不均匀气隙结构,以有限元为工具并利用遗传算法对空载气隙磁密波形进行了优化,使其中的谐波含量较小,得出了转子磁极的最优偏心距。在此基础上采用时步有限元方法,在考虑定子开槽、斜槽结构并计及饱和的情况下,对优化前后电机的电动势波形进行了分析对比,并通过试验验证了所采用的时步有限元计算程序的有效性。有限元计算结果表明,通过优化偏心的不均匀气隙设计,电机的空载气隙磁密和电动势波形得到了明显改善。     

基于Halbach阵列与组合型磁极相结合的表贴式永磁电机优化设计

为了减小表贴式永磁电机气隙磁场中谐波含量过高所带来的电机性能下降的影响,提出了Halbach磁体阵列与组合型磁极相结合的转子结构。基于时步有限元计算软件,利用田口法正交试验,以谐波畸变率THD和气隙磁密基波幅值大小为评价标准,优化设计了4极永磁电机的转子结构参数。优化参数包括:磁钢厚度、组合磁极的磁极配比、Halbach充磁夹角、较小磁能积的永磁材料的矫顽力大小。通过对比优化前后气隙磁通密度谐波含量,验证了该优化方法的有效性。     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场及径向力特性分析

提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度电机,建立永磁转子偏心后气隙变化的三维解析模型,通过有限元分析软件,对该新型电机的气隙磁通密度和径向电磁力特性进行分析,并基于球谐函数理论对磁场以及径向力谐波含量进行了定量分析。对样机进行了测试后并将实验结果与二者进行了对比验证。结果表明:转子偏心造成转子两侧气隙不等,磁通分布不均匀,磁拉力不平衡和谐波含量加重,有限元和解析法的分析结果与实验结果相吻合。     

新型双层Halbach永磁阵列的解析分析

提出了一种新型双层Halbach永磁阵列,该阵列结构简单、易于优化,可以得到很高的气隙磁通密度正弦度。设计了一台高速无槽永磁同步电机,运用标量磁位法对双层Halbach永磁阵列在电机气隙中产生的磁场进行了解析分析,得到了气隙磁通密度的数学表达式,并进一步得到了电机空载反电动势。分析表明,优化后的气隙磁通密度的谐波畸变率仅为0.5%,反电动势中的谐波含量也非常小。制造了一台样机并进行了实验研究,通过解析、仿真与实验结果的对比,验证了解析方法的正确性。     

永磁同步电机新转子结构的设计及有限元分析

针对永磁同步电机空载气隙磁密波形含有大量谐波的问题,设计了一种阻尼条非均匀分布的新转子结构。以一台15 kW异步起动永磁同步电机为例,利用有限元分析软件Ansys对新旧转子进行建模仿真,分别计算出空载气隙磁密分布和负载功角特性。对比结果表明,阻尼条非均匀排列转子结构可以显著的减小空载气隙磁密波形中的谐波含量,负载时电机的功率密度也得到了明显的提升。     

基于MVO的表贴式Halbach永磁同步电机优化设计

本文提出了一种采用Halbach充磁的新型不均匀表贴式转子结构的永磁同步电动机。在转子永磁体材料用量相同的前提下,该电机所采用的不均匀不等厚永磁体结构能够有效地改善气隙磁密波形,从而提高电机性能。为了得到转子永磁体形状的设计参数,建立了该电机的数学模型,以气隙磁密基波含量、谐波畸变率和永磁体用量为目标函数来进行电机的优化设计。为了寻找目标函数的最值,首次采用Multi-Verse Optimizer(MVO)优化算法进行寻优,提高了寻优速度和准确性。非均匀Halbach阵列结构电机与传统均匀分布Halbach充磁电机进行了仿真性能对比,结果表明,非均匀Halbach阵列结构电机可以进一步改善气隙磁密波形,提高电机性能。     

双定子球形电机空间磁场的谐波分析

空间上进行多自由度运动通常是由几个单自由度电机组合实现,而球形电机可以独立进行三自由度运动。在分析了不同结构的永磁球形电机磁场分布的基础上,提出了一种新型双定子永磁球形电动机及其套层转子结构空间磁场谐波含量分布。首先阐述了其结构及运行原理,采用有限元法分析了电机内外气隙磁通密度径向的谐波含量的分布,然后通过离散傅里叶级数进行转子结构参数的谐波分析。最后搭建实验样机平台,验证了电机及其转子结构参数谐波分析有限元模型的有效性,参数谐波含量变化规律的正确性。     

不同转子结构的无刷双馈电机磁场调制的分析

介绍了无刷双馈电机的结构特点,利用Ansoft/Maxwell 2D对笼型带深槽转子、凸极加导条转子和磁障式磁阻转子的无刷双馈电机分别进行建模和二维瞬态电磁场有限元计算,得出电机磁力线分布,气隙磁通密度波形,通过对气隙磁通密度波形的谐波频谱分析,得到磁障式磁阻转子结构具有较好的极数转换功能,即磁场调制效果较好.     

改进型Halbach阵列的永磁同步电机分析与设计

针对Halbach永磁阵列具有单边聚磁,提高气隙磁场磁通密度基波幅值和改善磁通密度波形的正弦性的优异特性,研究了一种改进型的Halbach永磁阵列。该阵列结构简单、充磁方便、易于优化,进一步改善了气隙磁通密度的正弦度,提高了磁通密度的基波幅值和反电动势基波幅值、永磁电机效率,降低了转矩脉动。运用标量磁位法对改进型Halbach永磁阵列在电机气隙中产生的磁场进行解析分析,得到了气隙磁通密度和空载反电动势的表达式,并利用Maxwell应力张量法解析电磁转矩;通过设计一台8 kW的电机模型,运用磁场有限元仿真验算该方法的准确性和有效性。     

一种表贴式永磁电机磁极结构优化研究

针对常规表贴式永磁电机气隙磁密波形正弦度差,导致电机反电势中谐波含量高、电机谐波损耗大,以及复杂结构形状永磁体在生产、加工、装配过程中容易造成废品率高等问题,提出一种由导磁金属块和永磁体共同构成的表贴式磁极结构。用有限元方法计算常规结构以及不同程度不均匀气隙结构的气隙磁密波形,进而由傅里叶分解得到各次谐波和正弦畸变率。仿真结果标明该结构可以有效改善气隙磁密波形和电机空载反电势的正弦度。最后采用遗传算法对实现偏心结构的导磁金属块尺寸进行优化,得到了使气隙磁密波形畸变率最小的尺寸参数。有限元计算结果显示,优化设计后,气隙磁密波形畸变率和电机空载反电势谐波含量明显减小。     

基于解析模型的永磁球形电机永磁体优化设计

永磁球形电机气隙磁通密度的基波幅值和波形畸变直接影响电机性能。本文采用球谐级数推导了永磁球形电机永磁体阵列气隙磁通密度径向分量的解析模型,分析了弧长系数、永磁体厚度和气隙长度对基波幅值和波形畸变率的影响。利用气隙磁场的解析模型,以基波幅值和波形畸变率为优化目标,采用粒子群算法对六极永磁体阵列进行了多目标优化并对优化结果进行了比较和验证。结果表明,在永磁体体积相同情况下,优化的平行磁化永磁体阵列比全极距平行磁化永磁体阵列和径向磁化永磁体阵列具有更高的基波幅值和更小的波形畸变率。     

变频螺杆压缩机用永磁电机转子结构研究

永磁变频螺杆压缩机是未来螺杆压缩机的发展趋势。本文针对所设计的额定功率45k W、额定转速4000r/min压缩机用永磁电机转子结构进行了研究。研究内容包括:1用有限元法分析了不同隔磁磁桥宽度对电机性能的影响;2利用非均匀气隙方法对电机的转子结构进行了优化并分析了非均匀气隙对电机性能的影响;3利用ANSYS有限元软件,对优化前、后转子结构进行机械强度有限元计算,验证了设计电机的安全性。     

永磁轮毂电机内嵌V型磁路结构分析

针对电动汽车轮边驱动系统对轮毂电机输出扭矩和动力平顺性的较高要求,提出一种内嵌V型磁路结构的永磁轮毂电机,该结构充分利用了转子铁心内部空间,提高了电机气隙磁通密度和抗过载能力。采用等效磁路法对电机磁路进行分析,计算出有效磁通和漏磁通,验证了磁路结构的可行性。利用有限元仿真的方法分别探究了同极永磁钢夹角、永磁钢充磁方向厚度与气隙磁密和齿槽转矩之间的关系,并得到了最优组合方案。对样机模型进一步仿真,结果证明内嵌V型结构适合应用于轮毂电机的永磁转子,验证了电磁理论分析结果的正确性。     

轴向永磁体组合削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩的方法

永磁同步电机在高性能控制系统中得到了越来越多的应用,但永磁同步电机特有的齿槽转矩会影响系统的控制精度。针对表贴式永磁同步电机存在的齿槽转矩问题,提出一种在电机转子轴向组合不同永磁体的方法来减小齿槽转矩。首先,分析齿槽转矩产生原因,基于能量法和傅里叶分解法分析齿槽转矩的表达式,并基于此公式推导出计算组合永磁体具体尺寸的方法。然后,利用有限元法检验此方法的有效性,并分析得出最优组合方案。将优化后电机的气隙磁通密度和永磁体的用量与优化前的电机进行了对比,证明所提出方法是经济而有效的。最后,对优化后电机的反电动势谐波含量等其他性能进行分析,证明了本文所提出的转子结构能够提升电机的性能。     

用于汽车驱动的永磁同步电机气隙磁密波形质量仿真优化

针对电动汽车永磁同步电机的振动和噪声问题,提出一种"M"型优化转子结构,使单个磁极下的磁密不均匀分布以取得正弦波形从而改善波形质量。有限元仿真结果表明,该方法可有效地改善气隙磁密波形质量,减少气隙磁密空间各成分谐波含量,提高电机效率,降低永磁同步电机的振动和噪声,从而提升电动汽车的整车舒适性。     

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。     

Halbach型磁钢的永磁电机气隙磁场解析计算

随着稀土材料价格上涨、永磁电机成本增加,合理的设计Halbach磁体结构,可充分挖掘Halbach永磁电机磁钢的潜力.分析了每极三块的Halbach磁体磁化规律,建立了Halbach型永磁电机气隙磁通密度的解析模型,该解析法计算的气隙磁场与有限元方法计算结果吻合,验证了解析模型的正确性;研究了充磁角度对气隙磁通密度的影响,结合充磁角度传统计算公式,给出了极间有间隔的Halbach磁体充磁角度的计算公式;通过解析模型分析极弧系数和极对数对Halbach永磁电机气隙磁通密度切向分量的基波幅值和波形正弦性畸变率的影响,给出不同极弧系数、充磁方式和极对数时Halbach永磁电机气隙磁场的变化规律.     

新型Halbach阵列永磁电机谐波分析与优化

Halbach阵列具有单边磁场的特点,在电机设计中得到越来越多的关注和研究。设计了一种"凸"形双层Halbach阵列永磁电机,通过有限元方法分别仿真单层和双层磁极结构,比较两者气隙磁密波形和谐波,为得到较低谐波畸变率,对影响畸变率磁极结构主要参数进行组合寻优。仿真结果表明,该双层Halbach阵列电机磁极结构简单,谐波畸变率低,有效改善气隙磁场,提高磁场强度和运行稳定性,为Halbach阵列永磁电机优化提供了新思路。     

表嵌式交替极永磁电机拓扑演化及气隙磁场调制效应研究

与传统表贴式永磁（SPM）电机相比,交替极永磁（CPM）电机部分磁极被转子铁心极替代,因此具有相对较高的永磁体利用率,且具有与SPM相媲美的转矩输出能力。该文对CPM电机拓扑演化规律进行分析,总结CPM电机不同永磁结构下的磁极特征。在此基础上,量化分析不同永磁结构下CPM电机气隙磁通密度调制谐波的转矩贡献,揭示不同永磁结构对CPM电机气隙磁场调制效应的影响规律。制作了一台CPM样机并进行了样机试验,验证了理论分析与仿真的可靠性。     

基于磁障设置铁氧体直流无刷永磁电机的优化设计

由于铁氧体剩磁较低,铁氧体电机产生的气隙磁密幅值较小,其转矩密度往往较低。通过采用"V"型内置式的转子结构和设置磁障,铁氧体电机不仅能大大提高气隙磁密基波,还能同时减小其谐波。用遗传算法对由磁路法得到的空载气隙磁密波形进行全局优化,在此基础上再利用田口法对电机负载平均转矩和转矩纹波进行局部优化,这样能保证取得较好的优化效果和较高的优化效率。结果表明,铁氧体直流无刷永磁电机在采用"V"型内置式的转子结构和合理设置磁障的方法且经优化后,显著提高了平均转矩和降低转矩纹波。