高速电主轴永磁电动机参数化设计及有限元分析

为了提供高速电主轴的功率密度及动态性能,采用永磁电动机方案。比较了不同的线圈匝数、铁心长度、气隙长度、永磁体厚度、宽度等参数下电机的效率、功率密度、输入电流等主要指标。采用有限元方法分析了该种电机设计的合理性及性能指标,为电机的优化设计打好基础。针对永磁体与有槽铁心相互作用产生齿槽转矩而引起振动和噪声,采用优化槽口方案,削弱齿槽转矩。结果表明,通过优化后电机结构方案与原方案相比,显著削弱了齿槽转矩和转矩波动。     

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。     

基于ANSOFT的表贴式永磁电机齿槽转矩的优化设计

在永磁电机设计中,由于永磁体和有槽电枢铁心的相互作用,会产生齿槽转矩,引起振动和噪声,影响电机的性能发挥。对于表贴式永磁电机,影响其齿槽转矩大小的因素有很多,本文用Ansoft Maxwell 2D软件对其进行建模,并结合遗传算法,对其极弧系数、永磁体厚度和极弧偏置等参数进行优化组合,最后对齿槽转矩的优化结果进行了仿真验证。     

轴向永磁体组合削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩的方法

永磁同步电机在高性能控制系统中得到了越来越多的应用,但永磁同步电机特有的齿槽转矩会影响系统的控制精度。针对表贴式永磁同步电机存在的齿槽转矩问题,提出一种在电机转子轴向组合不同永磁体的方法来减小齿槽转矩。首先,分析齿槽转矩产生原因,基于能量法和傅里叶分解法分析齿槽转矩的表达式,并基于此公式推导出计算组合永磁体具体尺寸的方法。然后,利用有限元法检验此方法的有效性,并分析得出最优组合方案。将优化后电机的气隙磁通密度和永磁体的用量与优化前的电机进行了对比,证明所提出方法是经济而有效的。最后,对优化后电机的反电动势谐波含量等其他性能进行分析,证明了本文所提出的转子结构能够提升电机的性能。     

内置式永磁电机齿槽转矩的分析研究

内置式永磁电机因其高转矩及能量密度,在许多高性能装置中得到广泛应用.但永磁电机结构的特殊性,转子永磁体和定子齿槽之间相互作用产生的齿槽转矩会引起振动和噪声,同时齿槽转矩会降低速度和位置控制系统的低速时的性能.研究了一种内置式结构永磁电机的齿槽转矩,其转子磁极永磁体分段.根据分析可知,在相同的等级及尺寸条件下,永磁体分段的内置式永磁电机(SIPMM)比传统非分段内置式永磁电机(IPMM)的齿槽转矩低得多,然后利用有限元软件Maxwell 2D计算分析比较了SIPMM与IPMM的齿槽转矩.此外,还分析了两种不同转子结构的内置式永磁电机的齿槽转矩情况.     

基于遗传算法的外转子PMSM齿槽转矩优化

永磁同步电动机具有较好的动态性能以及较高的功率密度,但由于永磁体与铁心之间会发生相互作用而产生齿槽转矩,导致永磁同步电机的输出转矩发生波动,因此永磁同步电机的齿槽转矩的优化显得极为重要。为了削弱齿槽转矩,使用解析法分析并选择了一系列与齿槽转矩密切相关的参数,再采用了一种改进的遗传算法结合有限元法对永磁同步电动机的齿槽转矩进行优化。优化结果表明,与原设计相比,使用该算法优化能明显削弱永磁同步电机的齿槽转矩,且不会对电机的输出转矩产生过大的影响。     

基于磁极参数的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究

齿槽转矩是永磁电机的重要问题之一,削弱齿槽转矩可以减少转矩脉动、降低电磁噪声、提高电机运行稳定性。基于磁极参数对表贴式永磁同步电机(SPMSM)的齿槽转矩进行了研究,基于能量法和傅里叶分解推导了不同永磁体模型下的齿槽转矩公式。研究发现,磁极参数的改变影响永磁体剩磁在气隙中分布和气隙相对磁导率的大小,进而改变齿槽转矩的大小。然后结合有限元方法对不同永磁体模型下的电机齿槽转矩进行了仿真分析,发现削极结构和组合磁极对齿槽转矩削弱明显,并通过有限元方法优化了这2种结构的磁极参数,最后分析对电机其他性能的影响。研究表明,合理地选择永磁体参数可以在确保电机性能的同时显著降低齿槽转矩。     

轮边直驱永磁盘式电机转矩脉动分析与抑制

针对纯电动汽车轮边直驱永磁盘式电机的转矩脉动较大问题,为提高电机转矩输出的平稳性,对6k W、933 r/min额定转速的双定子单转子磁路结构的永磁盘式电机齿槽转矩与纹波转矩脉动进行了研究。通过对齿槽转矩与纹波转矩的理论推导,并建立了数学模型。利用三维有限元的分析方法,建立了永磁盘式电机三维仿真模型,以永磁体斜极角为变量,分析斜极角对齿槽转矩的削减情况,合理选择永磁体斜极角。对电机不同永磁体斜极角下的空载反电动势进行谐波分析,通过优化反电动势谐波的方法来抑制电机纹波转矩脉动。研究结果表明,采用永磁体斜极方式时双定子单转子永磁盘式电机的齿槽转矩抑制效果明显,齿槽转矩由5.4N.m降低到0.9N.m,纹波转矩脉动由10.9%降低到3.6%,转矩脉动优化显著。     

表贴式永磁交流伺服电机齿槽转矩优化分析

齿槽转矩由永磁电机中的永磁体和有槽电枢铁心相互作用产生。基于能量法和有限元仿真分析了永磁体极弧系数对电机齿槽转矩的影响,计算选取出最优极弧系数,通过调整磁极偏心距离进一步降低齿槽转矩,将仿真结果与样机测试数据进行对比证实了优化方案的可行性。结果表明,合理选取极弧系数并结合磁极偏心的方法可以有效降低齿槽转矩。     

基于Kriging模型和粒子群算法的不等厚永磁电机优化设计

不等厚永磁电机能够有效降低齿槽转矩,但同时也会导致电机电磁转矩性能降低。针对一款永磁直流电机,以磁极偏心距离和永磁体中心最大厚度为自变量,以齿槽转矩、电磁转矩、永磁体体积为优化目标,通过建立Kriging代理模型来建立自变量和优化目标的响应关系,再利用粒子群算法找到最优的变量组合。结果表明,优化后的电机不仅降低了齿槽转矩,也能使电机有较高的平均电磁转矩,并且还减小了永磁体体积。     

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。     

基于RMXPRT和MAXWELL的永磁同步电动机优化设计

利用基于磁路法的RMXPRT软件对一款50kW、200V的永磁同步电动机方案进行优选,得到较为理想的电机方案后将其导入到电磁场有限元分析软件MAXWELL进行优化计算.算法选用遗传算法,以永磁同步电动机的极弧系数、极弧偏心距和永磁体厚度作为优化变量,以气隙磁密、齿槽转矩和永磁体面积作为优化目标.优化后效果明显,对实际应...     

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.     

永磁发电机齿槽转矩及电机性能研究

本文对一台永磁发电机在各种参数下的齿槽转矩及电机性能进行了研究.齿槽转矩作为永磁电机重要的指标之一,直接影响电机性能.分析电机齿槽转矩的表达式,采用等效磁路法设计一台汽车用表面式永磁同步发电机,并采用二维有限元法得到该电机的齿槽转矩.通过改变极弧系数、气隙长度、永磁体形状以及永磁体分段数等不同参数,得到永磁发电机的齿槽转矩波形以及电机相关性能参数.为永磁电机的优化设计提供依据和参考.     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

基于有限元方法的双定子永磁同步发电机齿槽转矩研究

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,引起永磁电机低速起动困难。为了有效地削弱双定子低速稀土永磁同步发电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究的基础上,建立了双定子低速稀土永磁同步发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,为发电机最优设计提供重要依据。     

基于响应面模型与遗传算法的无轭分块电枢轴向磁场永磁电机齿槽转矩优化

无轭分块电枢轴向磁场永磁电机（Yokeless and Segmented Armature Machine,YASA）是一种高功率密度、高效率的电机,适于电牵引驱动特别是电动车的轮毂和轮边直驱。本文针对基于软磁复合材料（SMC）的YASA电机的齿槽转矩进行研究。首先比较了基于SMC和叠压硅钢材料的YASA电机齿槽转矩波形,然后分析了永磁体极弧系数、永磁体斜极、定子齿靴宽度系数以及定子齿靴偏移对基于SMC的YASA电机齿槽转矩的影响,在此基础上建立响应面模型并利用遗传算法对齿槽转矩进行优化,最后,通过3-D FEM验证了优化结果的准确性。结果表明,在选取一定极弧系数的前提下,存在最优的永磁体斜极角度、定子齿靴宽度系数和定子齿靴偏移角度组合能够使电机的齿槽转矩降为最小,且优化前后电机的其他性能基本保持不变。     

基于减小永磁同步电机齿槽转矩的磁极参数优化

针对永磁电机存在齿槽转矩影响运行性能的问题,通过分析电机齿槽转矩解析表达式的磁极参数,利用有限元软件建立3相4极24槽表贴式永磁同步电机仿真模型,分析永磁体剩磁感应强度、极弧系数以及永磁体厚度的变化对电机齿槽转矩的影响规律,最佳的磁极参数可有效削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩,改善电机运行性能。     

基于有限元法的新型轴向磁场磁通切换型永磁电机齿槽转矩分析

永磁电机中永磁体与有槽电枢铁心之间的相互作用,产生齿槽转矩,引起电机振动和噪声。文章采用全场域三维有限元分析方法,对轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-switching Perma-nent Magnet,简称AFFSPM)电机的齿槽转矩进行了仿真计算,研究了影响AFFSPM电机齿槽转矩的因素,给出了削弱齿槽转矩的有效方法,为电机的最优设计提供了重要的理论依据。