少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

基于不等厚永磁体的非均匀Halbach型PMSM气隙磁场解析及性能研究

Halbach阵列永磁电机的气隙磁场相对于一般的永磁同步电机正弦性更好,转矩输出性能更优秀,对气隙磁场进行准确的计算是其后续设计、计算和优化的基础。本文提出了一种采用主辅极不等厚磁极来优化不均匀Halbach阵列性能的电机模型,以2:1的主辅极比例厚度为例,推导出了计及极间隔断的不等厚磁极Halbach永磁电机的径向气隙磁场解析解,该模型在有限元软件中得到了验证。在此基础上对比了在若干组常见的永磁体所占角度配比下,等厚磁极Halbach电机和不等厚磁极Halbach电机的齿槽转矩、磁场畸变率等性能指标,发现了不等厚度磁极Halbach型永磁电机在削弱齿槽转矩和降低磁场畸变率方面的明显优势。     

定子齿表面开槽对永磁无刷直流电机齿槽转矩的影响

齿槽转矩是由永磁体磁场与磁槽之间相互作用而产生的,它会引起转矩脉动,甚至可能发生与电机共振的现象。影响齿槽转矩的因素很多,如磁极、槽的数量,齿槽形状以及磁钢的极弧系数等,因此,准确计算齿槽转矩较为复杂。本文利用麦克斯韦张量法计算和分析定子表面开槽对齿槽转矩的影响,为永磁无刷直流电机设计提供理论参考。     

基于有限元的永磁无刷直流电机转矩优化设计

在分析永磁无刷直流电机电磁转矩的基础上,以抑制电机转矩脉动为目标,提出了有限元与最小二乘支持向量机( LS-SVM)及粒子群优化算法相结合的永磁无刷直流电机设计方法,建立了永磁无刷直流电机有限元模型.经有限元计算分析,得到了极弧系数、永磁体厚度和气隙长度对电机转矩脉动的影响曲线,生成了LS-SVM训练样本,经训练得到了永磁无刷直流电机LS-SVM模型,通过有限元计算和LS-SVM模型拟合结果的比较,验证了模型的准确性.利用粒子群优化算法对永磁无刷直流电机LS-SVM模型进行优化,得到了极弧系数、永磁体厚度和气隙长度的最优参数,经有限元计算结果验证了优化的有效性.     

减少齿槽转矩的无刷直流电机优化设计

永磁无刷直流电机在各种伺服、驱动系统中应用日益广泛,然而其固有的齿槽转矩引起电机的振动和噪声,并影响到控制的精度。对于永磁无刷直流电机来说,影响齿槽转矩大小的有多种因素,本文对一台永磁无刷直流电机通过选择分数槽绕组,合适的槽极配合及优化极弧系数等方法进行优化设计,优化设计后,齿槽转矩的幅值为原方案的1%左右。结果表明,选择分数槽绕组,合理选取极弧系数和极槽配合,是抑制齿槽转矩比较有效、实用的方法。     

不等宽不等厚Halbach部分分段永磁同步电机电磁性能解析计算与优化分析

针对高功率密度的永磁同步电机电磁转矩波动和永磁体涡流损耗大的问题,提出一种Halbach部分分段结构,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽,并将其永磁体扩展为两种型式,即Hat型和T型.采用精确子域模型法,将求解域划分为槽身、槽口、气隙以及永磁体四个区域...     

减小齿槽转矩的永磁电机结构优化设计

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛。然而由于永磁体与有槽铁心相互作用,产生齿槽转矩,引起振动和噪声。在永磁电机结构中,影响齿槽转矩大小的有多种因素,本文利用田口法对一台永磁电机的槽口宽、齿靴高度、充磁方式、极弧系数、永磁体厚度进行优化,得出一组减小齿槽转矩的优化方案。结果表明,通过田口法优化得到的电机结构方案与原方案相比,显著削弱了齿槽转矩。     

部分分段Halbach永磁同步电机优化设计

针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题,设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽.采用精确子域模型法,将求解域划分为永磁体、气隙、槽身和槽口四个区域,在二维极坐标下计算电机空载气隙...     

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.     

分段式Halbach阵列永磁同步电机非理想气隙磁场建模分析

Halbach阵列是一种特殊的永磁体充磁方式,可以提供理想的气隙磁密,且转子无需采用铁磁材料。由于定子开槽,永磁同步电机定转子气隙不均,气隙磁密谐波增加,产生齿槽转矩。本文利用子域模型法建立了分段式Halbach阵列永磁同步电机空载磁场解析模型。其解析模型计算结果与有限元结果相比,两者气隙磁密波形吻合较好。该解析模型为进一步研究电枢反应、齿槽转矩等性能奠定了基础。     

极弧系数组合优化的永磁电机齿槽转矩削弱方法

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛，然而永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用，产生齿槽转矩，引起电机的振动和噪声，并影响系统的控制精度。通常情况下，永磁电机各磁极的极弧系数相等。为削弱齿槽转矩，可设计相邻磁极极弧系数不等。文中采用不等极弧系数组合削弱永磁直流电机齿槽转矩，利用基于能量法和傅里叶分解的解析法得到齿槽转矩的表达式，通过分析起作用的气隙磁密的傅里叶系数，给出了使得齿槽转矩最小的极弧系数组合的确定方法。但是由于采用了一些假设，上述确定方法存在一定误差。为使齿槽转矩最小，采用全局优化方法与有限元相结合以获得最优极弧系数组合。文中对每极槽数为整数和分数的2台电机模型分别进行了解析分析和优化，结果表明：该优化方法可显著削弱齿槽转矩。     

离心血泵用无刷直流电机优化设计与分析

针对影响离心血泵用电机噪声与振动的气隙磁场和齿槽转矩，对不同极槽配合和不同永磁体充磁方式的永磁无刷直流电机进行了对比分析。首先，在满足离心血泵性能要求的前提下，对电机进行了初步设计，确定了电机的主要技术参数和尺寸。接着，借助有限元分析软件，对比分析了不同极槽配合电机的气隙磁场，对比分析了不同永磁体充磁方式电机的气隙磁场和齿槽转矩。分析结果表明，4极12槽采用平行充磁永磁体充磁方式的电机电磁特性较好，齿槽转矩较小，性能较优。最后，确定了电机的具体参数，完成了电机的优化设计。这些研究为离心血泵用电机的低噪音设计提供了一定参考。     

永磁无刷直流电动机齿槽转矩的削弱

抑制齿槽转矩一直是永磁电机的重点和难点。文章综述了削弱永磁无刷直流电动机齿槽转矩的主要方法,包括改变磁极参数、电枢结构、电枢槽数和极数的合理组合等3大类和极弧系数选择等11种具体措施。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机性能和材料成本研究

稀土永磁同步电机性能优越,但稀土永磁材料价格昂贵导致电机成本增加。因此,提出了一种新型少稀土永磁同步电机,其永磁体采用组合磁极Halbach结构。分析了少稀土组合磁极永磁同步电机的结构特点,并在此基础上,提出了少稀土T型、HAT型和LREH型三种组合磁极Halbach永磁同步电机拓扑结构。从电机空载反电动势、空载齿槽转矩和额定负载电磁转矩等方面分析了三种拓扑结构少稀土永磁同步电机,并与稀土永磁同步电机进行对比分析。在等转矩条件下研究了钕铁硼和铁氧体两种永磁体厚度对少稀土组合磁极永磁同步电机材料成本的影响。对比分析了稀土永磁同步电机和三种少稀土永磁同步电机的材料成本。有限元仿真结果表明LREH型少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机具有更好的转矩性能和更低的材料成本。     

不等宽永磁体削弱表面永磁电机齿槽转矩方法

与现有的改变永磁磁极极弧系数和不同极弧系数组合的齿槽转矩削弱方法不同,研究了一种新的改变极弧系数的方法削弱表面永磁电机的齿槽转矩。在该方法中,除一块磁极外,其它磁极的宽度都相同,利用解析法推导了在保证永磁体用量不变的情况下,改变极弧系数时齿槽转矩的表达式,给出了极弧系数的确定方法,并利用两台电机进行了有限元法分析。仿真结果表明:所给出的极弧系数确定方法可有效地削弱每极整数槽的表面式三相永磁同步电动机的齿槽转矩。     

基于MATLAB解析计算无刷直流电动机的齿槽转矩

介绍了用MATLAB软件解析求解无刷直流电动机齿槽转矩的方法,并用该方法分别计算了径向充磁情况下的定子直槽和斜槽两种情况的齿槽转矩。该方法适用于工程上永磁无刷直流电动机设计和优化。     

Halbach阵列永磁电机齿槽转矩分析与计算

为了削弱永磁电机齿槽转矩,提高电机气隙磁密,改善气隙磁场分布,采用分段式Halbach阵列磁体结构,使永磁体获得理想的单边磁场。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁力线分布,获得电机气隙磁密和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁体电机进行对比分析。研究结果表明,该方法能有效削减齿槽转矩,提高磁密幅值,增强磁密正弦性。     

无刷直流电机的理想与非理想定位力矩及其综合抑制方法

可以采用多种有效的方法来抑制无刷直流电动机的定位力矩,但电机各部件制造或材料偏差的存在,使得按照上述方法实际生产出的电机出现较明显的定位力矩.文中从理论上分析了理想与非理想定位力矩的产生机理和规律;以4极9槽和4极12槽径向磁路无刷直流电机为例,采用数值计算和试验的方法定量分析了理想与非理想定位力矩,给出了定位力矩产生的一般规律.采用极槽配合法、磁极优化法、闭口槽法及定子齿冠开槽法抑制理想定位力矩,并分别给出了Z次和2P次非理想定位力矩的抑制措施.计算和试验结果验证了理论分析结论的正确性.