基于转矩脉动和径向力的定子极形优化

由于开关磁阻电机有较大的振动和噪声,导致其在很多领域的应用受到限制。为了抑制振动,本文分析了电机振动产生的原理,分别从减小转矩脉动和径向力两方面出发,对原始模型进行了结构优化。首先,考虑到边缘磁通效应的影响,本文在定子齿顶部增添单侧极靴并进行磁导分析,通过调节气隙磁导以减小转矩脉动;在此基础上,依据麦克斯韦应力张量法,在定子齿弧面开设矩形槽,通过改善气隙磁密分布以降低径向力波峰值。有限元分析表明,该结构相对于原始模型,在平均转矩略微减小的情况下,实现了径向力波峰值和转矩脉动的降低。结合样机振动测试,进一步验证了该方案在减小振动上的合理性和可信度。     

开关磁阻电机振动分析

开关磁阻电机的电磁噪声来源于电磁振动,通过改变电机定转子结构,从而改变定转子气隙磁密,减小气隙中的径向磁密,同时减小径向电磁力与转矩脉动,达到抑制电磁振动的目的,减小了开关磁阻电机振动,并通过傅里叶分解径向磁密观察径向磁密谐波含量,分析定子振动。通过Ansoft求得电磁力密度加载到Ansys Workbench瞬态结构中定子上,观察定子结构应力变化。得到了新定子、转子结构能有效的改善电机的振动情况。     

定子齿顶开槽减小开关磁阻电机振动和噪声分析

开关磁阻电机的双凸极结构引起较大振动噪声,限制了它在许多领域的应用。根据虚位移理论分析了径向力减小的原理。在定子齿顶开矩形槽,沿径向方向的磁通密度部分改变为切向方向,减小了径向力,从而减小振动噪声。通过优化槽口的宽度和高度,得出最佳开槽尺寸。对传统定子和开槽定子多物理场分析,得到两种结构的固有频率、振动响应频率以及声压频谱。仿真表明,该方法有效减小了开关磁阻电机的径向力,改善了开关磁阻电机的振动和噪声。     

基于转子齿两侧开槽的开关磁阻电机振动抑制方法研究

振动的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。该文提出一种在转子齿两侧开槽的方法,通过改变转子齿形来改变转子表面气隙磁密的方向,可以减小气隙中的径向磁密,同时增大切向磁密,达到抑制电磁振动的目的。利用二维瞬态有限元法,验证了转子齿两侧开槽对径向力波的削弱和转矩脉动的抑制效果,研究了开槽尺寸变化对仿真结果的影响规律,并对5.5k W、1000r/min、12/8极开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,进行了样机的试制和试验。试验结果表明:该方法对开关磁阻电机的电磁振动有较好的抑制效果,但对电机的运行效率有一定影响。     

基于气隙变化的开关磁阻电机结构优化设计

针对电动汽车用开关磁阻电机转矩脉动大的问题,深入分析了电感、磁路饱和程度、径向力等对转矩及转矩脉动产生的影响,提出了设计并优化定子斜齿结构的方案,通过建立坐标系,用方程表示定子斜齿前沿所在直线和转子的运动轨迹,推导了转矩随定子结构改变的直接变化关系。对不同定子齿结构进行有限元仿真,验证理论推导,对比转矩脉动、最大转矩、电感、磁密等参数,确定最优定子斜齿结构。研究结果表明:通过电机优化设计,最大转矩增加20.8Nm,平均转矩增加23Nm,转矩脉动下降13%,提高了转矩输出能力,减小了转矩脉动。     

永磁同步电动机振动和噪声抑制的研究

本文以一款存在较大振动和噪声的注塑机用永磁同步电机为例,利用解析法推导出径向电磁力产生原理和分、整数槽定子绕组的谐波次数,提出定子采用整数槽来减小电机径向电磁力,转子上挖孔和开槽来降低气隙磁密幅值,削弱齿槽转矩和转矩脉动,然后利用Ansys有限元分析软件对这两款电机的气隙磁密波形、定子磁场谐波含量、径向力波等进行对比分析,并制作了样机,通过样机噪声实验发现该方法可有效抑制永磁同步电机的振动和噪声,对改善电机性能具有一定的参考价值。     

基于分段交错梯形磁极的分数槽集中绕组永磁电机局部切向力的削弱

局部切向电磁力波会通过定子齿的杠杆效应引起定子轭部径向振动，其对振动的贡献可以与径向电磁力波比拟。针对分数槽集中绕组永磁电机的局部切向电磁力波，提出了一种分段交错梯形磁极的削弱方法，该方法可在保证电机转矩密度的前提下，有效削弱局部切向电磁力引起的振动。首先，推导了作用于定子齿部的切向集中力模型，并以一台10极12槽永磁电机为例，分析了局部切向电磁力引起振动的原因。然后，基于有限元模型，分析了分段交错梯形磁极对局部切向电磁力的削弱机理，并对比了优化前后电机的径向力波、电磁转矩以及振动频谱。结果表明，分段交错梯形磁极结构对径向力、切向力均有显著的抑制作用。最后，对优化前后的样机进行振动实验，验证了优化方案的有效性。     

基于有限元法的开关磁阻电机转矩脉动优化

抑制转矩脉动是近些年来开关磁阻电机研究的热点问题之一,准确计算电机电磁场是设计、分析开关磁阻电机的关键。研究了一种在转子齿两侧开半圆形槽的改进型转子齿形,通过转子齿形的改变带来气隙磁场的改变,即削弱了气隙径向磁密,同时提高了气隙切向磁密,达到减小转矩脉动的目的。利用有限元法,对一台12/8极转子两侧开半圆形槽的开关磁阻电机建模,通过参数化计算开槽位置和开槽大小。仿真结果表明,在开关磁阻电机转子齿两侧开半圆形槽,可以有效地减小开关磁阻电机的转矩脉动,并且增加电机的平均输出转矩。     

结构参数对磁阻永磁齿轮传动转矩影响的仿真分析

磁阻永磁齿轮是通过磁场耦合进行动力传递的。应用有限元仿真和正交试验法,在主动磁极内半径一定的条件下,研究了其在径向方向上的4个结构参数主动软铁轭厚度、定子厚度、从动凸齿厚度和从动软铁轭厚度对转矩传递能力的影响。分析表明,最大磁力矩随主动软铁轭厚度的增大而增大,随从动软铁轭厚度的增大而减小,与定子厚度呈类抛物线关系,当定子厚度为12 mm时,最大磁力矩最大。并对主动磁极半径对传动转矩的影响进行了定量分析,得出最佳主动磁极半径为80 mm。     

开关磁阻电动机结构参数优化设计研究

开关磁阻电动机的转矩脉动是影响电机性能的一个重要因素。以三相12/8开关磁阻电动机为例建立电机仿真模型,以减小电机转矩脉动为目的,修改相应的电机本体结构参数,提出一种在电机定子和转子齿上开槽的方法来改变电机内部的磁力线路径,以减小定转子之间的径向磁密,实现减小转矩脉动的目的。通过数值仿真验证了该方法对减小开关磁阻电动机的噪声具有较为明显的效果。     

内置永磁同步电机减振设计与研究

以一台内置永磁同步电动机为例,结合有限元方法,对其电磁振动进行了研究。首先根据样机基本参数建立了二维有限元模型,分别计算了其在额定工况下运行的时间和空间磁密分布,并求解了其径向磁密,根据麦克斯韦张量法得到了其定子齿所受径向电磁力。然后基于定子齿所受径向电磁力的分布规律,提出一种定子齿顶偏移的结构来削弱定子齿受到的较大的径向电磁力。不仅削弱了幅值较大的径向电磁力,又减小了转矩波动。对优化前和优化后定子齿受径向电磁力进行对比,且分别进行了频谱分析。最后将径向电磁力作为载荷对电机进行了瞬态动力学分析,比较了优化前和优化后电机的振动位移;对优化前电机进行振动实验,与仿真结果进行对比,验证了研究方法的正确性。该文方法对内置永磁同步电机的减振降噪提供了参考依据。     

抑制开关磁阻电机振动的结构设计研究

开关磁阻电机(SRM)应用于众多领域,但是本身的结构使其比其他传统电机有更大的振动和噪声,因此抑制SRM振动仍是研究的热门领域。为了抑制电机的振动,设计了一种新型的电机结构,即在转子两侧开孔,并在此基础上对定子齿顶开槽。以一台7.5 kW、1 500 r/min、12/8极SRM为例,通过有限元分析仿真,对新型电机结构进行参数化计算,并得到最优结构。在保证平均转矩基本保持不变的情况下,减小了转矩脉动以及径向力。与原始电机相比,转矩脉动系数下降了16.01%,径向力峰值下降了19.96%。因此,证明了该方法对SRM振动抑制有较好的效果,对后续SRM设计及控制具有一定的借鉴意义。     

基于有限元法的内置式永磁同步电机电磁振动多物理场耦合研究

由于永磁同步电机的定子齿与转子磁极之间存在较强的电磁力,当转子旋转时会引起定子振动向外产生辐射噪声。本文以一台4极27槽的内置式永磁同步电机(IPMSM)为例,利用有限元法对该电机的主要径向力波和气隙磁密进行了计算和分析,在此基础上,对该电机的振动和噪声进行了耦合仿真,最后针对电机的振动噪声问题,提出采用定子斜槽来削弱齿槽转矩,从而减小振动噪声,提高电机整体性能。     

电动机电磁噪声的控制

电动机的主磁通以接近于径向的方向通过气隙,并在定子及转子上产生径向力。由此产生磁噪声与径向振动,其切向分力对电磁转矩产生作用并发生切向振动。1.磁导波与磁动势波磁导波的产生受下列四方面的影响:(a)转子槽,(b)定子槽,(c)转子与定子有偏心或不对     

低速大扭矩永磁同步电动机的转矩提升

针对永磁同步电动机的转矩提升问题,以一台48槽40极的160 kW内置切向式直驱用低速大扭矩永磁同步电机为研究对象,分别以定子不等齿宽削弱齿槽转矩和转子轭部开孔增大输出转矩来提升电机的转矩特性。首先给出电动机的定子齿槽分组和偏移方式以实现定子不等齿宽,对其气隙磁密进行傅里叶分解,推导了不等齿宽下齿槽转矩的解析式,得到不等齿宽对齿槽转矩的影响规律和削弱效果随定子齿槽偏移角度的变化规律,给出能够有效抑制齿槽转矩的最佳偏移角度,并经有限元法予以验证;其次研究转子轭部开孔时电动机的输出转矩,进一步分析孔的形状、尺寸和数量对转矩的影响规律,仿真分析表明转子轭部开孔可适当增大输出转矩,并给出了最佳的孔形、数量及其尺寸。     

同步磁阻电机分析与设计(连载之五) 定子铁心的优化设计

分析不同极绕组形式的同步磁阻电机的定子齿部与轭部设计原则,指出齿部与轭部厚度和电机磁负荷的关系,通过齿部、轭部的合理设计减小饱和造成的凸极率降低。研究定子齿冠削弧形成不均匀气隙对电机性能的影响,适当的不均匀气隙可以减小电机的转矩脉动和铁耗。最后研究同步磁阻电机定子齿开辅助槽的效应,分析辅助槽个数对转矩脉动的影响,总结采用辅助槽能削弱转矩脉动的绕组形式。     

异步起动永磁同步电动机实验分析与探讨

介绍了2极2.45kW异步起动永磁同步电动机的设计与试验结果,重点阐述了定子齿磁密和轭磁密之间的关系,提出了控制定子齿磁密和轭磁密,减小铁心损耗、减小铁心损耗设计值和试验值的误差的方法。结果铁心损耗与机械损耗之和从288W减小到69W,铁心损耗与机械损耗之和的设计值与试验值的误差从181.8%减小到11.6%。     

分数槽表贴式永磁同步电机振动抑制

研究空载条件下表贴式永磁同步电机振动,提出采用定子齿开槽抑制8极9槽电机表面振动的方法。确定了永磁同步电机振动与径向电磁力的关系,在定子齿轴线的位置开槽,以定子齿表面的电磁力最小化为优化目标得到开槽的参数,将径向电磁力施加在定子齿上,得到8极9槽电机的瞬态响应。研究了绕组对电机模态频率的影响,得到加上绕组使得电机质量增加导致电机的各阶模态频率降低。实验结果表明采用定子齿开槽的方法后,8极9槽电机表面的振动可以减小40.7%。     

一种新型定子齿极结构的开关磁阻电机电磁分析

给出了一种新型定子齿极结构的开关磁阻电机(SRM)的设计,利用径向力、电磁转矩的解析计算公式,完成了外圆弧形定子磁极结构SRM电磁力特性的计算.计算结果表明,新型结构的定子设计在保证定子极和转子极间切向电磁力基本不变的情况下,大大减小了径向电磁力,这对优化设计SRM结构参数,降低电机运行噪声,延长了电机寿命方面有重大的指导意义.     

基于定转子开窗的混合励磁双定子BSRM振动抑制

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用,但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法,通过改变外定子或转子铁心磁阻大小,可以减小气隙中的磁密大小,达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸,验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响,最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明,该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。