异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析和削弱措施研究

现有的齿槽转矩研究主要集中在定转子单边开槽的永磁电机,而异步起动永磁同步电动机定转子双边开槽,其齿槽转矩目前尚无有效的研究方法。文中提出了一种新的转子永磁磁动势等效方法,有效避免了转子开槽导致的气隙计算复杂性,基于能量法给出了异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析方法,分析了极槽数配合及定子斜槽对齿槽转矩的影响。研究了通过改变转子齿宽及转子不等齿宽配合削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并给出了相应的转子齿宽确定方法。利用有限元法验证了上述削弱措施的有效性,并分析了对电机性能的影响。     

基于改变定子齿槽参数的异步起动永磁同步电动机齿槽转矩削弱措施研究

齿槽转矩是永磁电机的共有问题,是该类电机设计中需要重点考虑的问题之一。异步起动永磁同步电动机能够利用笼型转子产生的异步转矩实现自起动,齿槽转矩的存在会对电机的运行产生不利影响。研究了通过改变定子齿槽参数削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,分别推导了改变定子齿宽、定子不等齿宽配合及定子不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式,给出了相应地能有效削弱电机齿槽转矩的定子齿槽参数确定方法。有限元计算结果表明,上述措施能有效削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并且不会对电机性能产生较大影响。     

两极异步起动永磁同步电机齿槽转矩的研究

异步起动永磁电机的齿槽转矩会引起转矩和转速的波动,对电机的起动和运行性能产生不利的影响.本文以一台2极1.5 kW的异步起动永磁同步电机为研究对象,分析了异步起动永磁同步电机齿槽转矩的特点,建立了该电机的有限元分析模型,并实验验证了模型的准确性.在此基础上,比较研究了转子闭口槽、定子辅助槽、优化极弧系数和采用不均匀气隙等几种方法对该电机齿槽转矩的削弱效果.     

分数槽绕组对永磁同步电动机性能的影响分析

理论分析分数槽绕组对永磁同步电机齿谐波电动势、电枢反应磁动势和齿槽转矩的影响。以3相4极永磁同步电机为例,运用Ansoft Maxwell分别建立整数槽绕组电机模型和分数槽绕组电机模型,对电机的电枢反应电动势、气隙磁动势和齿槽转矩进行仿真分析。对比仿真结果验证理论分析的正确性。     

提高单相自起动永磁同步电机起动性能研究

单相自起动永磁同步电机就是在感应电机的转子铁心内放置永磁体,依靠笼型转子绕组产生的异步转矩实现起动。由转子永磁体产生的磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互作用产生恒定的转矩而稳定运行。自起动永磁同步电机的优点是效率高、功率因数高且经济运行范围宽,但是由于转子上存在永磁体产生的制动转矩和齿槽转矩,使得电机起动变得较为困难,影响电机可靠性。本文对单相自起动永磁同步电机起动过程转矩及其与电机参数之间的关系进行了详细的分析,并据此提出了优化电机参数来提高其起动性能的方法。最后通过有限元仿真和试验测试验证了方法的准确性。     

定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

内置式永磁电机的永磁体在转子内部,与表贴式永磁电机相比,其等效气隙小、齿槽转矩的影响大。在分析齿槽转矩产生机理的基础上,研究了定子齿开辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。以8极48槽内置V型永磁同步电机为研究对象,利用有限元方法分析了槽口宽度、深度和槽口中心线夹角对齿槽转矩的影响。研究表明,合理设计定子齿上的辅助槽可以有效地削弱内置V型永磁同步电机的齿槽转矩。     

混合永磁记忆电机齿槽转矩的抑制

在分析齿槽转矩产生的原理基础上,以8极48槽内置式混合永磁记忆电机为例,利用有限元方法分析了定子齿开槽法、定子齿开反槽方法对电机齿槽转矩的影响,并提出了定子齿开反槽与转子开孔结合的方法。有限元仿真表明,定子齿开反槽与转子开孔结合法可以明显地削弱内置式混合永磁记忆电机的齿槽转矩。     

基于辅助槽的切向永磁电机齿槽转矩削弱方法

为削弱永磁同步电机齿槽转矩,提高电机性能,采用了开设转子内部辅助槽的方法。通过能量法分析齿槽转矩的产生原理,探讨了转子内部辅助槽对电机齿槽转矩的影响;利用有限元软件建立8极36槽内置切向式永磁同步电机模型,并基于该模型对辅助槽的形状、各项参数进行分析,采用变步长搜索法得到最优参数,最终得到辅助槽的最佳设计方案。结果表明:在转子内部开设偏心圆形辅助槽,能够有效削弱齿槽转矩,使齿槽转矩峰值降低了57.2%;能够增加气隙磁密基波幅值,减少谐波分量,2、6、8次谐波幅值明显下降;电机感应电动势谐波含量减少,电机性能得到提升。     

基于有限元方法的双定子永磁同步电机齿槽转矩研究

永磁电机不通电时永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起低速永磁电机起动困难.为了有效地削弱低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究基础上,建立了低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的一些因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为电机最优设计提供重要依据.     

磁通反向永磁电机齿槽转矩分析与抑制

由于特殊的双凸极结构,磁通反向永磁电机具有较大的齿槽转矩,将导致电机产生额外的转矩脉动与振动噪声,低速工况影响更为严重。本文基于磁共能法及磁势-磁导模型,首先推导了磁通反向永磁电机齿槽转矩解析模型;并在此模型的基础上,分析了电机参数对齿槽转矩波形及谐波分布的影响;提出了优选定、转子齿宽以降低齿槽转矩的方法;最后采用有限元法,以6/8结构磁通反向电机为例,验证了分析的正确性。结果表明;随着定转子齿宽的变化,齿槽转矩各谐波分量占比也不断变化,基波分量并非一直占主导地位;通过合理选取定、转子齿宽,可以削弱特定的齿槽转矩谐波分量,进而达到抑制齿槽转矩的目的。     

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。     

基于RSM的外转子永磁电机辅助槽参数优化

针对一款12槽10极的外转子永磁同步电机,研究了结合ANSYS Maxwell参数化分析和响应面法,优化定子齿辅助槽尺寸参数的方法。该方法选取槽深、槽宽、偏移角度为优化参数,利用ANSYS Maxwell参数化分析方法在较大的取值范围内进行少量的有限元实验,分析单一参数变化时电机齿槽转矩的变化趋势,得到较小的取值范围。在新的取值范围内,进一步利用响应面法建立参数与齿槽转矩的响应面模型,得到最优化结果。利用有限元仿真验证该方法的合理性及有效性。仿真结果表明,该方法可快速有效地确定永磁电机定子齿辅助槽的最优尺寸参数,削弱外转子永磁同步电机的齿槽转矩。     

内置式同步电机转子分段移位的性能分析与参数计算

转子分段移位能有效削弱相反电势中的齿谐波,降低齿槽转矩和转矩脉动.在有限元仿真计算的基础上,分析转子分段移位数对内置式永磁同步电机相反电势齿谐波及齿槽转矩的削弱效果,并揭示出转子分段移位数与被削弱齿谐波次数之间的关系.分析验证转子分段移位结构的d-q轴电感计算方法,以及对磁阻转矩的削弱影响.     

基于响应面法的定子永磁型轴向磁通切换电机齿槽转矩优化设计

针对聚磁反应造成定子永磁型轴向磁通切换电机(SPAFFSPM)的齿槽转矩偏大、噪声大等问题。以减小定子永磁型轴向磁通切换型电机的齿槽转矩,提高电机的输出性能为目标,利用能量摄动法推导出电机的齿槽转矩解析表达式,分析影响齿槽转矩的定转子结构参数。基于响应面法与有限元法构造出定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数与齿槽转矩之间的响应面数学模型,推导出使齿槽转矩最小的定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数最优组合。最后建立优化前后电机三维有限元分析模型,搭建样机的实验平台,验证优化方法的合理性及准确性。结果表明,优化后的电机齿槽转矩减小约82.5%,且电机的输出性能得到明显提高。     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.     

基于转子齿偏移的四相横向磁通永磁电机齿槽转矩削弱方法

提出一种基于转子齿偏移的方法,有效削弱横向磁通永磁电机齿槽转矩。运用傅里叶级数分析了四相横向磁通永磁电机齿槽转矩的表达式,并以此为基础给出了转子齿偏移角度的计算公式。由于该电机结构特殊,单元结构中的两相耦合度高且漏磁系数较大,使得解析方法的计算结果存在误差。为了得到更精确的偏移角度,采用有限元方法对计算所得偏移角度进行修正仿真。此外,还研究了转子齿偏移之后对电机性能的影响,并得出结论:该优化方法能有效削弱齿槽转矩,显著减小电机转矩脉动。同时,结合横向磁通电机的特点,提出了增加齿宽的方法以解决电机优化过程带来的电机出力减小的问题。     

不等齿宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机转矩的方法

在一些特殊的低速直接驱动应用场合,要求电机要有较高的转矩密度.传统等齿宽近极槽永磁同步电机的齿槽结构约束磁负荷和线负荷的关系,成为其实现高转矩密度的瓶颈.为提高近极槽永磁同步电动机的转矩输出能力,采用交替不等齿宽和齿顶宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.通过分析多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机的电路和磁路结构,推导了电枢齿齿磁通的解析表达式,揭示了交替不等齿宽提高电机转矩的本质.最后利用Ansoft有限元仿真软件分析了96槽80极外转子永磁同步电动机在不同齿宽时的转矩,以及电枢齿和辅助齿的齿磁密.结果表明,采用交替不等齿宽和齿顶宽降低了电机定子齿的饱和度,大幅度提高了隔齿隔相绕组永磁电机的转矩.     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

削弱异步起动永磁同步电机齿槽转矩的新方法

通过分析得出异步永磁同步电机(LSPMSM)的总齿槽转矩可以由每个对应磁极所产生的齿槽转矩分量叠加而成,并由此提出了一种基于磁极偏移的方法来削弱电机齿槽转矩。由于磁极的偏移,使得由该磁极和定子齿相互作用产生的齿槽转矩相位发生了改变。因此当磁极偏移适当的角度时,各个磁极产生的齿槽转矩有可能相互抵消。通过傅里叶分析,得出了不同极槽配合时电机的齿槽转矩表达式,并确定了不同极槽配合时磁极偏移角的公式。通过有限元仿真证明,该方法能够降低电机的齿槽转矩幅值。     

对称转子辅助槽对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响

为减小内置式双层永磁体结构永磁同步电机齿槽转矩,研究了关于转子开辅助槽的方法。首先从理论上分析了齿槽转矩的产生机理,指出了转子开辅助槽降低齿槽转矩的可行性。然后运用有限元分析的方法,建立了8极48槽内置式V一型永磁同步电机仿真模型,并在转子表面关于永磁体中心线开设对称半圆形辅助槽,分析了辅助槽位置、半径,及单变量参数化顺序对齿槽转矩的影响。最后对比分析开槽前后电机的性能参数,结果表明,合理开设转子辅助槽可有效地降低齿槽转矩并保证电机其他性能基本不变。