基于GPR-PSO模型的永磁同步电机气隙磁密波形优化

为了使永磁同步电动机气隙磁密波形具有良好的正弦性,以气隙径向磁密波形的谐波畸变率为目标,磁钢的偏心距、极弧系数、磁钢厚度以及磁钢的充磁方向为因素变量进行优化。引进了正交实验设计的方法合理地安排了实验因素变量的搭配,利用有限元软件ANSYS Maxwell2D仿真分析得到数据样本集,采用了高斯混合回归模型(GPR)对数据样本集进行拟合,得到拟合回归模型。采用方差分析方法分析了各个因素对于谐波畸变率的影响的程度。将拟合回归函数作为适应度函数,通过粒子群算法(PSO)寻优,得到最优的磁钢参数。以一台48槽8极的永磁同步电动机为例进行仿真实验,结果表明,通过GPR-PSO模型的方法可以有效降低永磁同步电机的气隙磁密波形畸变率,使波形得到良好的改善。     

基于Halbach阵列磁钢的PMSM气隙磁密波形优化

为了提高永磁同步电机(PMSM)气隙磁密波形的正弦性,降低谐波磁场对运行过程中的电机性能影响,提出一种基于极间隔断的每极三单片不均匀Halbach阵列磁钢,其中,每块磁钢均由位于磁钢中部的主极以及双侧紧密连接的辅极构成,以磁钢的主极占比、磁钢圆周角度占比、辅极充磁角度为变量,研究了以上变量对气隙磁密谐波畸变率的影响。为了得到最优的气隙磁密波形,采用正交试验方法对三个变量进行合理均匀的实验安排,利用有限元软件ANSYS Maxwell 2D仿真分析,形成初始样本数据,采用支持向量机(SVM)对样本数据进行拟合回归,并检验了拟合结果的精度,采用粒子群算法(PSO),将SVM的回归函数作为适应度函数,进行寻优,得到最优解。以一款48槽8极的PMSM为例,采用有限元分析软件进行仿真分析,结果表明,基于极间隔断的每极三单片不均匀Hlabach阵列磁钢能有效减低气隙磁密谐波畸变率,改善气隙磁密波形正弦性。     

Halbach列旋转电机气隙磁密波形特性

基于6极无齿槽Halbach阵列电机模型,利用Ansoft有限元软件研究了气隙磁密波形随每极磁钢块数的变化,得出了气隙磁密波形最优时每极磁钢的块数。分析了每极磁钢块数较多时,气隙磁密波形正弦度、气隙磁密谐波和气隙磁密幅值的变化规律,得出了磁密幅值最大时的磁钢块数,并综合考虑磁密波形正弦度和磁密幅值大小时最佳的磁钢块数。     

Halbach列旋转电机气隙磁密波形特性

基于6极无齿槽Halbach阵列电机模型,利用Ansoft有限元软件研究了气隙磁密波形随每极磁钢块数的变化,得出了气隙磁密波形最优时每极磁钢的块数。分析了每极磁钢块数较多时,气隙磁密波形正弦度、气隙磁密谐波和气隙磁密幅值的变化规律,得出了磁密幅值最大时的磁钢块数,并综合考虑磁密波形正弦度和磁密幅值大小时最佳的磁钢块数。     

永磁同步电动机磁钢的多目标微粒群算法优化

系统分析了表贴式永磁同步电动机磁钢结构参数对气隙磁密波形的影响.针对PMSM气隙磁密波形需综合具有足够大的基波幅值与足够小的正弦性畸变率的要求,利用表面相应模型对样本点需求量少的特点,建立了表面响应模型与多目标微粒群算法混合的全局优化算法,以获得极大的气隙磁密基波幅值与极小的气隙磁密波形正弦性畸变率,对磁钢结构参数进行多目标优化.仿真与实验对比优化前后电机的气隙磁密波形和反电势波形的结果,验证了优化结果的正确性,并验证了该多目标优化算法在磁钢结构参数优化中应用的可行性.     

空心杯电机永磁体不同拓扑结构的比较分析

介绍了空心杯电机永磁体常用的结构形式,并针对瓦片形磁钢和环形磁钢、径向充磁和平行充磁、有无磁轭等六种永磁体的拓扑结构,通过有限元仿真分析了不同拓扑结构的优缺点。结果表明,在相同的电机体积下,平行充磁环形磁钢具有最大的平均气隙磁密和接近正弦的气隙磁密波形,优于其他拓扑结构;在环形磁钢和导磁轭总体积一定的情况下,环形磁钢可不用导磁轭,因为环形磁钢增加导磁轭所带来的磁通增加不足以弥补磁钢体积减小带来的磁通损失。这两个结果为空心杯电机的永磁体选型提供了依据。计算了不同拓扑结构相应的计算极弧系数,为空心杯电机使用磁路法计算电机参数提供了参考。     

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。     

计及齿槽极间隔断Halbach型磁钢的PMSM气隙磁场解析分析

提出将分块式Halbach磁钢的单片磁钢角度与充磁夹角作为分析参数,并利用气隙复数磁导,获得基于这2个参数的计及定子齿槽的永磁同步电机气隙磁场解析模型;系统分析这2个参数对电机径向气隙磁密的影响,提出一种性能优于传统Halbach型磁钢的极间隔断Halbach型磁钢新方案;对比分析了任意定转子相对位置与不同定子槽口宽时,极间隔断Halbach与传统Halbach型磁钢对应的径向气隙磁密基波幅值与波形正弦性畸变率,验证了该极间隔断Halbach型磁钢的优越性;有限元分析验证了解析模型的正确性,并验证了解析模型参数分析结论的正确性。     

The Design of the Nonuniform Thickness Tile Shape Permanentmagnet Pole for DC Motor

】　能按不同的气隙磁密波形设计永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢,不仅可得到各具特色的电机性能,而且可使充磁工艺简便,电机性能稳定可靠。文章利用磁钢工作点确定原理,利用相对值图解法,论述并推导出只需利用一个计算公式就可设计不等厚瓦形磁钢各磁钢元厚度变化规律的设计方法,适合于各种规格电机;而铁磁磁压降非线性问题带来的设计复杂化也可通过图解法逐一求解解决。本设计方法可设计出产生任何一种气隙磁密波形的磁钢并使电机性能稳定可靠。     

永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢的设计

能按不同的气隙磁密波形设计永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢，不仅可得到各具特色的电机性能，而且可使充磁工艺简便，电机性能稳定可靠。文章利用磁钢工作点确定原理，利用相对值图解法，论述并推导出只需利用一个计算公式就可设计不等厚瓦形磁钢各磁钢元厚度变化规律的设计方法，适合于各种规格电机；而铁磁磁压降非线性问题带来的设计复杂化也可通过图解法逐一求解解决。本设计方法可设计出产生任何一种气隙磁密波形的磁钢并使电机性能稳定可靠。     

极靴式永磁同步电机径向气隙磁密分析

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差,加工复杂结构的永磁钢导致电机成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装极靴的新型磁极结构。以标量磁位法为基础,建立了加装极靴后的空载径向气隙磁密解析模型,以一台18极54槽外转子永磁电机为例,通过有限元法验证了解析模型的正确性。此外,基于解析模型研究极靴结构参数对径向气隙磁密的影响规律,获得最优参数匹配。结果表明,加装极靴的永磁同步电机径向磁密幅值和波形正弦化程度明显提高。     

电动汽车用内置式永磁同步电动机的优化

采用有限元分析的方法,对电动汽车用内置式永磁同步电机的隔磁槽拓扑结构进行了优化,改善了漏磁现象,提高了气隙磁密;通过转子斜极的方法降低了空载反电势的谐波分量,提高了波形的正弦度;在此基础上基于遗传算法以额定转矩和永磁体体积最小为目标进行全局优化,节约了永磁体的用量,降低了电机的生产成本。优化过程对提高电动汽车用内置式永磁同步电机性能具有参考作用。     

稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的设计

研究稀土永磁凸极同步发电机气隙磁场的特点。结合典型规格样机的实测空载气隙磁场波形和电压波形正弦性畸变率,阐述稀土永磁凸极同步发电机极靴的形状对空载气隙磁场的波形、电压波形正弦性畸变率以及稳态电压调整率的影响。均匀气隙磁极极靴与非均匀气隙磁极极靴的不同设计方案。     

稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的设计

研究稀土永磁凸极同步发电机气隙磁场的特点。结合典型规格样机的实测空载气隙磁场波形和电压波形正弦性畸变率，阐述稀土永磁凸极同步发电机极靴的形状对空载气隙磁场的波形、电压波形正弦性畸变率以及稳态电压调整率的影响。均匀气隙磁极极靴与非均匀气隙磁极极靴的不同设计方案。     

永磁体形状对可变磁通记忆电机调磁参数影响

采用有限元方法对不同永磁体截面形状的可变磁通记忆电机空载和直轴去磁磁场分布进行了分析,详细描述了转子内的旁路磁通和零磁通密度区域的变化情况.在此基础上,研究了永磁体形状改变对每极最大气隙磁通、气隙磁通密度、永磁体中心线上的磁通密度以及最大去磁安匝数等调磁参数的影响.结果表明合理选择永磁体形状可以显著提高永磁体的利用率;永磁体形状系数小于约0.6时,容易实现对永磁体有效去磁,而永磁体截面形状接近矩形时则应该将整个永磁体工作点去磁到拐点以下才能保证去磁效果.该成果有助于此类电机的合理设计和控制.     

混合励磁爪极发电机的磁场调节特性分析

针对电励磁爪极发电机输出功率较低、永磁式爪极发电机磁场不可调节的缺点,研究了一种特殊结构的混合励磁爪极发电机。阐述了该发电机的结构组成、工作过程及磁场调节原理,利用三维电磁场有限元软件JMAG分析了其空载磁场分布情况及磁场调节特点。结果表明,与相同结构参数的电励磁爪极发电机相比,混合励磁爪极发电机具有更高的气隙磁通密度和更宽的磁场调节范围等优点,为进一步深入探索爪极发电机提供了一定的理论基础和技术参考。     

应用新型Halbach阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机性能分析

本文针对定子为印刷线路板（printed circuit board,PCB）结构的轴向磁通永磁电机的特点,将一种新型的Halbach永磁体阵列应用于该永磁电机中,并对其性能参数进行分析。通过与传统Halbach永磁体阵列的无铁心轴向磁通永磁电机相比可知:应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机在相同尺寸及同等永磁体用量条件下,具有更高的气隙磁密及每极磁通,可获得更高的空载反电势,同时有效地降低了漏磁,使得气隙磁密更接近正弦波,电机的整体性能得到了提升。有限元分析结果和样机的对比试验证明了应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机的合理性和有效性。为PCB定子轴向磁通永磁电机的设计提供一定的参考。     

基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

永磁同步直线电机建模及混沌搜索优化设计

建立了永磁同步直线电机的电磁场有限元物理模型,以此对气隙磁密波形畸变率进行了深入的分析。通过电机参数样本空间设计,利用正交试验设计方法进行非线性回归建模分析,给出了气隙磁密波形正弦度可行的电磁方案。基于混沌搜索理论和适应函数对永磁同步直线电机结构参数进行优化。仿真结果表明,在此结构参数基础上,电机磁极偏移后其三相反电势依然有较好的对称性,为永磁同步直线电机及其他的电磁工程设计提供了一种新的思路。     

转子齿宽对双凸极永磁轮毂电机性能的影响

转子齿宽对基于磁阻工作原理的双凸极永磁轮毂电机特性有重要影响。以二维有限元计算方法为基础,画出空载时电机的场图分布,给出第三气隙与转子齿宽的数值关系,得到不同转子齿宽时的绕组磁链曲线和对应的绕组反电势波形,同时讨论转子齿宽与绕组磁链变化率和反电势波形的关系,这些结论为设计出性能更趋完善的双凸极永磁电机提供了参考。