一种抑制永磁盘式电机齿槽转矩的新方法

齿槽转矩最小化是高性能低成本永磁盘式电机设计所追求的目标之一。以一永磁盘式轮毂电机为研究对象,围绕盘式电机齿槽转矩优化问题,提出一种定子齿顶增加辅助凸部以抑制齿槽转矩的新方法;随之推导了基于能量法与傅里叶变换的此优化策略下永磁盘式电机齿槽转矩解析式,并将其应用于齿槽转矩的定性分析;而后应用三维电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell模拟计算此化策略下盘式电机的齿槽转矩,并将辅助凸部参数对齿槽转矩的影响进行了详细探讨;而后根据有限元仿真结果试制了一样机并搭建了相应的测试系统,实验结果也验证了仿真的正确性。研究表明,合理的辅助凸部的引入能较大程度的抑制齿槽转矩,且新工艺的应用能显著降低盘式电机的生产制造成本。     

分数槽集中绕组永磁同步电机齿槽转矩研究

从齿槽转矩解析式出发,推导了各次谐波分布及齿槽转矩周期;并利用有限元软件分析了永磁同步电机的定子椭圆、槽口不等分布及转子静态偏心对齿槽转矩的影响,仿真结果显示定子椭圆是影响电机齿槽转矩的主要因素,且电机的齿槽转矩随定子椭圆量近似线性递增。对样机进行了齿槽转矩测试实验,仿真值与实测值相差2.09%,验证了采用定子椭圆模型分析齿槽转矩的可行性及正确性。     

槽口宽度对分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩的影响

基于分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩产生的机理,运用能量法和傅里叶分解推导出分数槽集中绕组永磁电机的齿槽转矩解析式,确定气隙磁导平方的傅里叶分解系数与槽口宽度之间的相互关系,得到抑制齿槽转矩的槽口宽度计算方法。借助于Ansoft有限元软件,仿真分析不同极槽配合的永磁电机槽口宽度对齿槽转矩的影响。仿真结果表明,整数槽永磁电机的齿槽转矩随槽口宽度的增加而增加;分数槽集中绕组永磁电机选择合适的槽口宽度可显著抑制齿槽转矩,改善电机的转矩品质。采用有限元仿真与解析法两种计算方法,得到的齿槽转矩随槽口宽度变化的规律是相似的,验证了解析式的有效性,为精细化设计提供了依据。样机测试结果与有限元仿真值基本吻合,进一步验证了仿真方法的正确性。     

基于磁场调制原理的齿槽转矩研究

永磁电机的齿槽转矩会引起电机转矩波动,降低电机控制精度。如何降低齿槽转矩一直是永磁电机领域研究的热点之一。传统齿槽转矩解析方法通常基于能量法。该文将能量法和磁场调制理论相结合,提出一种新的永磁电机齿槽转矩分析方法,对齿槽转矩的产生机理进行解释,并对齿槽转矩表达式进行推导,证明齿槽转矩是若干调制磁场相互作用的结果。通过对齿槽转矩分量表达式进行分析得出,要产生任意齿槽转矩分量,谐波永磁磁场和谐波气隙磁导需要满足的周期约束关系。之后对整数槽绕组电机和分数槽绕组电机进行有限元仿真,研究不同极槽配合下的电机齿槽转矩,以及气隙各次谐波磁场幅值随转子转动的变化规律,并对理论推导进行了验证。该文介绍的齿槽转矩分析方法为抑制永磁电机的齿槽转矩提供了设计思路。     

基于磁极分组偏移削弱永磁电机齿槽转矩

齿槽转矩的优化是设计永磁电机时不可跨越的步骤。介绍了一种新的磁极偏移方法来削弱齿槽转矩;分析在该方法下的齿槽转矩公式后,给出了此种偏移方法的偏移角度计算公式;并用Maxwell的参数化分析模块验证了所给磁极偏移角度计算公式的正确性;总结了分组数选取的规律,并通过对样机不同分组数的有限元仿真验证了规律的正确性;然后借助有限元软件对比分析了磁极均匀分布和采用所提偏移方法时的齿槽转矩波形和各次谐波的大小。结果表明,此种偏移方法可以削弱永磁电机的齿槽转矩。     

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。     

PMSM齿槽转矩引起的转速谐波数学模型与最小化方法

针对矢量控制下永磁同步电机齿槽转矩引起转速谐波的机理复杂，及当前齿槽转矩抑制方法会增加控制系统复杂性等问题，推导矢量控制下齿槽转矩引起的转速谐波数学模型，提出基于PI控制器参数整定的转速谐波最小化方法。首先，通过分析矢量控制下齿槽转矩到电机转速的闭环传递机理，推导了齿槽转矩到电机转速的闭环传递函数，构建齿槽转矩引起的转速谐波数学模型。其次，以推导的数学模型建立目标函数，采用遗传算法寻优出使得齿槽转矩引起的转速谐波幅值最小的PI参数。最后，通过仿真和实验对所推导数学模型的准确性和所提转速谐波最小化方法的有效性进行验证。结果表明，基于数学模型寻优出的速度波动最小PI参数可使齿槽转矩引起的电机转速谐波幅值降低20%以上。     

电机槽极配合与电机运行质量特性研究(Ⅲ)

研究电机转子直极错位对齿槽转矩和转矩波动的影响,采用分数槽集中绕组和少极分布绕组分析电机转子直极错位对齿槽转矩减少和转矩波动降低的影响。选择合理的转子分段直极错位可以减小电机的齿槽转矩和转矩波动。仿真软件验证了其正确性和合理性。     

风机用外转子永磁无刷直流电动机的优化分析

外转子永磁无刷直流电动机是一种新型电机,降低电机齿槽转矩的方法很多停留在理论上。基于Maxwell软件,对分数槽绕组槽极选配、磁极偏移角度进行有限元分析,得到最小齿槽转矩的槽极选配和磁极偏移角,为齿槽转矩的降低提供一种可靠的方法。样机1与样机2试验结果对比,验证磁极偏移对电机性能改善是行之有效的。仿真结果和样机试验结果的各项性能结果误差在8%以内,验证了仿真模型和仿真分析的正确性。     

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。     

一种抑制齿槽转矩的高精度定位伺服控制方法

齿槽转矩引起的扰动与噪声,对于在低速状态下运行的电机控制系统是极为不利的;同时齿槽转矩的存在使转子在某一时刻的到位精度受到影响。研究了一种抑制齿槽转矩的高精度定位控制方法。通过仿真和永磁同步电机实验平台,对所提方案的控制效果进行了验证。     

基于全局解析-模拟退火算法的外转子永磁风力发电机优化设计

以一台表贴式外转子永磁风力发电机作为样机建立了其全局解析模型并求解其磁场分布,并验证了所建模型的正确性,应用麦克斯韦张量法推导了齿槽转矩解析表达式。在此基础上,提出了一种全局解析-模拟退火算法对电机的齿槽转矩进行了优化设计。选取模型中极弧系数、定子槽口宽度、永磁体厚度及气隙长度作为优化变量,以齿槽转矩幅值作为优化目标对模型优化。仿真实验结果表明优化之后电机的齿槽转矩得到了明显的降低,电机性能得到了显著的提升,验证了该算法的有效性。     

基于等宽极厚调制的永磁电机优化设计

表贴式永磁同步电机气隙磁密谐波含量高,导致电机空载反电动势正弦度差,影响电机转矩脉动;齿槽转矩是永磁同步到电机固有属性,会使电机在运行过程中产生转矩脉动和噪声;针对以上问题,提出采用分块磁极等宽极厚正弦调制的方法优化永磁同步电机气隙磁密和齿槽转矩。使用有限元进行仿真分析,验证了该方法的正确性,表明该方法能有效抑制永磁同步电机气隙磁密谐波分量,在一定极弧系数范围内对齿槽转矩抑制具有较好的效果,同时在不降低电机平均输出转矩的情况下减小电机转矩脉动。     

基于试验设计方法的无刷直流电机结构优化设计

齿槽转矩是永磁电机的固有现象,造成电机转矩脉动,影响电机的在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。本文利用响应面法对无刷直流电机的结构进行优化,抑制其齿槽转矩,从而提高控制系统性能。以一台4极6槽无刷直流电机作为研究对象,采用试验设计方法筛选电机各结构参数,得到电机齿槽转矩与主要结构参数之间的数学模型,计算出可使齿槽转矩最小的结构参数最优组合,并通过有限元方法验证计算结果的正确性。实验结果表明,优化后的无刷直流电机的齿槽转矩有效减少了90%,试验设计方法是可以迅速求得全局最优解的有效的电机优化方法。     

基于SVM-CSO算法的PMSM齿槽转矩优化

为了削弱永磁同步电动机的齿槽转矩,首先推导齿槽转矩的解析表达式,使用Ansys分析25组削角尺寸下的齿槽转矩,以此为样本空间,利用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)获得目标函数,通过纵横交叉算法(Crisscross optimization algorithm,CSO)算法求解得到最优的削角尺寸。最后与有限元软件仿真结果对比,验证了本方法的正确性,为削弱齿槽转矩提供一种新思路。     

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。     

单磁极加长降低表贴式永磁电机齿槽转矩

针对表贴式永磁电机存在的齿槽转矩问题,提出运用单磁极加长的方法来降低电机齿槽转矩。运用解析法推导出电机单磁极加长后齿槽转矩解析表达式,通过傅里叶分析,得到对电机齿槽转矩具有重要影响的变量B_(r(vz))。引入磁极加长系数η,研究如何选取η的数值削弱齿槽转矩。通过有限元仿真验证了所提方法的有效性。结果表明:通过合理选取磁极加长系数,将与齿槽转矩关键谐波分量有关的B_(r(vz))削减为零可有效降低电机齿槽转矩。     

盘式永磁直流电动机齿槽转矩特性

分析了盘式永磁直流电动机齿槽转矩问题产生的原因,利用麦克斯韦张量法分析定位齿槽转矩。阐述了齿槽转矩产生的机理,利用Ansoft有限元仿真软件对齿槽转矩特性进行研究,找出了一个最优的削弱盘式永磁电机齿槽转矩的方法。     

基于磁极偏移的盘式永磁电机齿槽转矩削弱方法

对应用于抽油机的大力矩低速盘式电机的研究中,由齿槽转矩造成的推力波动是影响电机运行性能的一个重要因素.为削弱齿槽转矩,采用基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法推导出盘式永磁电机磁极偏移与齿槽转矩的关系式,提出磁极分组进行磁极偏移对齿槽转矩低次谐波的削弱方法,在此基础上通过槽口优化进一步削弱齿槽转矩的高次谐波.利用有限元法进行仿真分析和验证,结果显示磁极偏移与槽口优化相结合的方法能有效的削弱盘式永磁电机的齿槽转矩.     

轴向磁场磁通切换型永磁电机齿槽转矩抑制

轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet Machine,AFFSPM)电机是一种高功率密度、高效率的新型永磁电机,但由于其定、转子的双凸极结构引起的聚磁效应,同传统的永磁电机相比,该结构电机的齿槽转矩较大。为了减小齿槽转矩,进一步提高电机性能,本文对AFFSPM电机的齿槽转矩进行了分析,首先推导了齿槽转矩的解析表达式,然后对转子齿面开辅助槽法进行了研究,采用实验设计(DOE)方法得到了齿槽转矩与辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角之间的数学模型,计算出使齿槽转矩最小的辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角的最优组合,并通过三维有限元法(FEM)验证了所得结果的正确性。结果表明,转子齿开辅助槽可以有效地削减齿槽转矩,转子齿面开两个辅助槽,优化辅助槽口宽度、槽口深度和槽口形状为3°、1.79mm和1.62°,齿槽转矩最大可以减小约44.3%。