轴向磁通永磁电机转矩特性分析和优化

近年来汽车行业进入了电动化时代，轴向磁通永磁电机在功率密度和转矩密度方面的表现更好，受到各大汽车厂商的认可。针对轴向磁通永磁电机的电机特性，本文提出了一种降低转矩波动的优化设计方法，分析了电机结构参数对其转矩和转矩波动的影响，根据各参数对转矩和转矩波动影响显著性的不同，提取其中较为敏感的结构参数变量，基于DOE算法，结合modeFRONTIER软件进行优化分析。结果表明，所提出的优化设计方法可有效提升电机输出转矩且降低转矩脉动。     

双凸极永磁电机齿槽转矩的几种削弱方法

齿槽转矩对永磁电机有着很大的影响,是产生振动和噪声的根源,所以削弱齿槽转矩对双凸极永磁电机的设计有着重要意义。与其他永磁电机相比,由于结构和运行原理的不同,双凸极永磁电机齿槽转矩的削弱方法也有所不同。介绍了几种有效的削弱方法,并进行了简单的分析。     

一种新型轴向磁通爪极电机的电磁性能分析

针对低成本家用电器电机驱动场合,提出了一种基于软磁复合材料和铁氧体永磁体的新型轴向磁通爪极电机(AFCPM),重点介绍了该电机的基本电磁结构及运行原理,使用有限元法对电机磁通密度分布、电磁参数和性能进行了分析和计算。与传统横向磁通电机(TFM)的性能参数进行对比,AFCPM能够在保证电机性能基本不降低的情形下较大地减小电机的制造及材料成本,同时能获得较高的转矩密度。     

混合铁心横向磁通永磁电机的设计与分析

阐述了横向磁通永磁电机(transverse flux permanent magnet motor,TFPM)的结构特点与软磁复合(soft magnetic composite,SMC)材料的优点,提出硅钢、SMC结合的混合铁心TFPM.为了分析电机转矩及其影响因素,推导了转矩解析公式.基于3D有限元模型,通过静态磁场分析求出了式中永磁体磁链幅值及线圈电感2个变量;通过瞬态磁场分析,得到了电机的空载电动势、空载磁链、一相转矩及其平均值,转矩有限元结果与解析结果一致.样机测得的空载电动势验证了分析的正确性.结果表明,混合铁心TFPM不但结构简单、加工方便,而且转矩密度高、易于模块化.     

转子齿形状对10极12槽开关磁通电机转矩特性的影响

开关磁通永磁电机是一种新型的双凸极结构无刷电机,功率密度高且结构简单,但由于其自身的双凸极结构,转矩波动较大,会引起较大的振动和噪声。针对一种应用于电动汽车的10极12槽开关磁通永磁电机,研究开关磁通永磁电机电磁转矩,齿槽转矩与转矩波动的特点。利用有限元分析法研究分析不同绕组结构以及不同转子齿结构(包括开槽齿、阶梯齿、偏心齿)对转矩性能的影响。将开关磁通永磁电机的新型转子齿结构特性与传统转子齿结构特性进行对比分析,通过仿真数据验证这几种新型转子齿结构可以实现有效减小齿槽转矩与转矩波动的功能,并且其输出的电磁转矩减小比例不大。     

斜槽式永磁球形电机的设计与分析

永磁球形电机由于其结构简单、控制方便,并且可以实现任意角度的偏转的特点,现在在航空航天、智能机器人等各个领域被广泛应用。本文采用8极16槽,具有三层定子结构的永磁多自由度球形电机,对球形电机的气隙磁场和齿槽转矩进行了分析,提出一种斜槽结构,对转子进行优化,利用有限元软件建立三维模型,用解析法对齿槽转矩进行分析,得到的结果与有限元方法进行对比分析,计算分析结果表明,该优化设计方法能有效降低永磁球形电机的齿槽转矩。     

一种新型转子结构开关磁阻电动机的研究

提出了一种新型转子结构的开关磁阻电动机,这种电机在铝制转子单元中嵌入了扇形铁芯片,提高了转子的机械强度,易于制造,同时能提高电机的运行性能,降低了振荡和噪声.应用有限元法研究了设计参数对平均转矩的影响和常规的VR型开关磁阻电动机以及转子中无金属导体结构的开关磁阻电动机相比较,所提出的新型开关磁阻电动机在转矩性能、振荡及噪声特性方面都有其优点所在.这些性能也通过实验进行了研究验证.     

多极横向磁场电机三维有限元模型与分析

横向磁场电机 (TFM)是一种新型电机,具有输出力密度大、电磁负荷解耦、设计灵活等特点。但是该种电机磁路比较复杂,无法用二维方法对磁场进行精确分析,而需采用三维方法。文章推导了应用标量磁位对含有电流的区域进行三维分析的方法,并基于该方法利用软件对一台多极TFM样机进行分析。针对样机的结构特点,对电机模型作较大简化,从而大大降低了建模和计算的时间,提高了分析效率。     

磁力线开关型混合励磁磁阻电机的转矩特性

提出了一种磁力线开关型混合励磁磁阻电机方案。通过电励磁磁势和永磁体磁势的合理配置、匹配与耦合，克服了传统开关磁阻电机励磁损耗大的缺点，电励磁磁势既具有励磁功能，又具有永磁体磁场的控制功能。在阐述该电机结构及工作原理的基础上，通过二维有限元法分析了各种结构参数对电机电磁转矩的影响，并与传统开关磁阻电机进行了对比，对样机的静转矩进行了实验测试。分析结果表明该结构电机具有较高的转矩体积比。     

双转子无铁心永磁同步电动机的设计与仿真

提出了一种能提高电机转矩密度和效率的双转子无铁心永磁同步电动机。分析了该电机的基本原理、结构和特点。设计了一台样机,并用有限元分析方法对电机的空载和额定负载性能进行了仿真,并与同功率的常规永磁电机进行了对比。仿真及对比结果证明了设计方案的可行,电机性能良好,对同类的双转子无铁心永磁同步电动机设计提供一定的参考。     

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析

Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点,将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上,给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型,通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明;使用该模型分析每极两块(1P2p)、每极三块(1P3p)Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响,对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明,合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩,当永磁体厚度增加时,Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。     

一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研究

首先分析了横向磁场电机实现转矩提升的基本原理 ,并在总结各种横向磁场电机拓扑结构特点的基础上 ,设计了一种新型组合定子双边聚磁式横向磁场永磁电机。介绍了样机的结构特点 ,采用三维等效磁网络法进行了样机磁场分析 ,并给出了样机气隙磁密的三维分布图以及电磁转矩计算结果等 ,样机试验与计算结果基本吻合。     

商用电动车用永磁同步电机电磁振动噪声削弱方法

电磁振动噪声是电机振动噪声的主要噪声源,直接影响电机的NVH特性,而电磁力是影响电磁振动噪声的主要原因。本文基于解析推导法和Ansys多物理仿真平台,针对一台250 kW的商用电动车用永磁同步电机进行研究并对其电磁振动进行了分析,指出电机气隙磁密的变化将会影响电机定子齿受到的电磁力,从而影响电磁振动噪声。本文提出了一种通过在转子表面增加凹口的转子结构改进方案以削弱电磁振动噪声,并对改进前后电机的电磁、模态、振动、噪声进行仿真计算与对比分析。经过对比优化前后的分析结果可知,优化后的电机方案在保证平均转矩基本不变的前提下,转矩脉动得到降低,电磁振动噪声得到削弱。     

基于感应电机启动电磁转矩Hilbert-Huang变换的转子断条故障诊断

该文提出了一种感应电机转子故障诊断新方法。当感应电机转子出现断条故障时，转子绕组的不对称将会使电磁转矩谱中引入2sfs(s为转差率，fs为电网频率)谐波分量。利用砌bert-Huang变换中经验模态分解(EMD)方法对启动电磁转矩信号进行了分解，得到若干本征模态函数(IMF)。通过计算包含故障信息的IMF分量的瞬时频率，可以检测出转子断条故障。同时，根据包含故障信息的IMF的幅值可以进一步判断出转子断条根数。实验结果证明该方法是可行的。     

基于电磁转矩小波变换的感应电机转子断条故障诊断

该文提出了一种基于感应电机启动电磁转矩信号的转子断条故障诊断新方法。利用复值小波变换中的小波脊线提取出启动电磁转矩中故障特征在电机启动过程中的频率变化规律，检测出转子断条故障。同时，小波系数的模反映了信号在对应尺度上的能量大小，所以对应故障特征脊线上的小波系数模反映了该故障特征转矩的幅值变化规律。基于此，定义了脊线一小波能量谱的概念。将故障特征转矩对应的脊线一小波能量谱作为故障严重程度因子，即可根据其与转子连续断条根数的关系给出感应电机转子故障严重程度的表示方法。实验结果证明该方法是可行的。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

基于定子磁链定向的永磁同步电机无差拍直接转矩和磁通控制策略

为提高传统无差拍直接转矩和磁通控制策略DB-DTFC)的动态响应稳定性、鲁棒性与计算效率,并降低电磁转矩和定子电流波动,以平面坐标系为基础,推导了基于定子的电磁转矩耦合数学模型,提出了改进型DB-DTFC控制策略的基本原理,并基于定子电压坐标系统和扭矩通量坐标系统,设计了一种新型图形分析方法和通用解决方法,并运用试验分析对比了DB-DTFC策略和改进型DB-DTFC策略的系统稳定性。试验结果表明,改进型DB-DTFC策略的相电流值、电磁转矩波动均低于DB-DTFC策略,且计算执行时间比DB-DTFC策略提升了50%,能够有效降低电磁转矩和定子电流波动,提升电机控制计算效率,提高电机动态响应稳定性,增强系统鲁棒性。     

改进新型齿结构对磁通切换永磁电机转矩指标的影响

基于12槽/10极磁通切换永磁电机(FSPMM)提出了定子切边齿、转子U型槽齿、转子凸缘齿3种新型齿形,以有效减小FSPMM电机的齿槽转矩和转矩波动。通过2-D有限元法从平均转矩、齿槽转矩、转矩波动等方面对不同新型齿形的FSPMM的性能进行了全面的分析和评估。结果验证了所提出的3种新型齿形状,特别是转子U型槽齿和凸缘齿可以减小齿槽转矩和转矩波动,平均转矩只有轻微的减小。     

无刷直流电机转矩脉动抑制新方法

转矩脉动是影响无刷直流电机在高精度伺服系统中应用的主要原因.提出了一种基于a-β变换和Lyapunov函数的转矩脉动抑制直接功率控制方法.该方法在a-β坐标系下通过功率控制优化了电磁有功功率和电磁无功功率.在分析了反电势波形及其与霍耳位置传感器间关系的基础上,给出了在线计算反电势的方法.通过仿真验证了所述方法的正确性.     

非理想反电动势无刷直流电机的转矩脉动抑制仿真研究

在伺服系统中要求电机转速平稳,抑制转矩脉动是实现转矩平稳的关键,而非理想反电势会引起较大转矩脉动。为了有效平滑无刷直流电机转矩,分析了两种不同的方法：根据定子电流和反电势与转矩表达式的关系,对于一台给定的电机,只要其反电势一定,通过优化定子电流就可以消除主要的转矩谐波分量,从而达到减小转矩波动的目的;通过坐标变换在厶=0时求解产生恒定电磁转矩所需的q轴电流,并在dq坐标系下通过矢量控制对q轴参考电流进行跟踪实现转矩脉动抑制。利用MATLAB／SIMULINK仿真平台建立系统的仿真模型,对系统模型进行仿真和分析并比较了这两种方法的特点,为实际电机的控制提供了研究方向。