永磁同步电机转子结构优化设计

为降低内置式永磁同步电机输出转矩脉动,研究了一种采用折线形永磁体,转子铁心表面采用分段圆弧结构,并在圆弧连接点处开角形槽的转子优化设计方法。介绍了转子的拓扑结构,并对磁场及齿槽转矩进行了解析分析;利用Maxwell 2D软件分析了反电动势谐波与齿槽转矩分布情况;采用Taguchi法确定关键参数的最佳取值组合,并与传统"一"形结构电机性能进行对比。仿真结果表明,该优化设计方法能有效降低内置式永磁同步电机的输出转矩脉动。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机.首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接...     

外转子永磁同步电机径向电磁力分析与抑制

针对外转子永磁同步电机运行过程中存在径向电磁力谐波的问题,提出一种新型的抑制方法。样机采用一台额定功率为3 kW的外转子永磁同步电机,首先,对电机径向电磁力的来源、阶数进行理论分析并推导样机所对应的主要电磁力波阶数;其次,以抑制电机径向电磁力为目的,提出一种新型的齿顶偏心方法;然后,采用二维瞬态时步有限元法仿真分析采用与不采用齿顶偏心结构时电机的气隙磁密以及径向电磁力及其谐波含量,与之前理论分析所得的主要电磁力波阶数以及谐波含量的变化情况进行对比;最后,建立样机实验平台并通过样机实验对仿真结果进行验证。结果表明,外转子永磁同步电机径向电磁力是由永磁体磁场与电枢绕组磁场共同作用所产生的,采用齿顶偏心结构能够有效降低电机气隙磁密以及径向电磁力的各次谐波。     

飞轮储能用外转子永磁同步电机的设计与分析

本文设计一台额定功率180kW,转速20000r/min的飞轮储能用高速永磁电机。通过选取合适电机材料以应用于飞轮储能超高速的工作环境,并利用等效磁路法对电机进行电磁计算得到各个部件尺寸参数。利用Maxwell软件搭建仿真模型并进行瞬态场分析验证了电机设计合理性,同时求解电机损耗分布。建立基于Work-bench的电机三维有限元模型,并进行稳态热分析,从而得出电机整体温度分布场,验证电机运行可靠性。     

压缩机用外转子永磁同步电机结构优化

变频空调压缩机电机大多采用内转子永磁电动机,但内转子电机一直存在噪声、振动和成本的问题。相比内转子电机结构,外转子电机在噪声、转动惯量和漆包线成本上具有优势。对外转子电机的发展现状、技术优势以及外转子电机在压缩机上的应用现状做了分析,进行了外转子压缩机电机的方案设计,样机试制,试验平台搭建以及样机实验验证。     

采用磁障转子的内置式永磁同步电机优化设计

内置永磁同步电动机是一种广泛应用于各个领域的电机,在初选的电机基础上提出了一种转子带磁障的新结构电机,并给出初始设计和需要优化的多个设计参数。新转子中的磁障能起到聚磁作用,从而使气隙磁密由矩形波改善为阶梯形波。利用田口方法安排正交实验来提高实验效率,对主要的设计参数进行优化。利用有限元方法分析气隙磁密、谐波畸变率,从而验证了新结构转子可以提高气隙磁密基波幅值、降低谐波畸变率。     

高速永磁同步电机转子强度分析

为了对转子进行有效的冷却,在满足电机电磁性能的前提下,可通过减小保护套的厚度来尽可能增大定转子之间的气隙,因而必须对保护套和永磁体进行强度校核。将转子受力状况简化为平面应变问题,在此基础上推导出了两层过盈配合、三层过盈配合转子的应力场、应变场、位移场的解析公式,并利用有限元方法验证了解析公式的正确性。归纳了高速情况下热套式永磁转子强度设计准则,为转子的优化设计提供了理论依据。以一台额定转速120 kr/min、10 kW的高速永磁同步电机为例,给出了两种常用过盈配合高速电机转子的强度设计方法。     

高速永磁同步电机转子涡流损耗分析

高速永磁同步电机转子涡流损耗是设计时的关键性问题之一,它会使永磁体发热,导致永磁体温度逐渐升高,严重时甚至面临退磁的风险。本文针对一台55 kW、24000 r/min高速永磁同步电机,采用有限元分析软件,研究了典型的合金材料护套、碳纤维材料护套、碳纤维加铜屏蔽层复合结构护套方案转子,其各部件涡流损耗受实际工况影响的规律。结果表明：在选择护套方案时并非带铜屏蔽层对所有工况均最优,仅在电流谐波含量较高或电频率较大等某些特定工况之下,总涡流损耗才最低。本研究依托于工程实际,对指导高速电机设计具有非常重要的应用价值。     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

皮带输送机用外转子永磁同步电机温度场研究

可移动式皮带机输送机需要经常移动,自然冷却外转子永磁电动机不需要冷却系统,移动灵活、方便,又可以直接驱动皮带机,因此是可移动式皮带输送机的首选驱动方式。自然冷却外转子永磁电机转矩密度大、额定频率低,铜耗占总损耗的比例大且因其结构细长,磁负荷偏大,又因为外转子结构使其热源部分位于电机中部,且没有水冷系统,导致其自身散热比较困难。其温升设计与普通永磁同步电机不同,对此建立一种适用于自然冷却外转子永磁电机的等效热网络模型,分析不同热负荷下电机各部分平均温度及温升情况。并通过有限元软件仿真和样机试验进行对比分析,验证热网络模型的正确性,为此类外转子永磁同步电机温升预测和电机设计提供依据。     

抽油机用外转子永磁同步电机振动特性研究

建立了石油抽油机用外转子永磁同步电机三维模型,基于该模型,使用Maxwell软件分析其内部磁场和径向电磁力,得出电磁力的频谱图;使用Ansys软件对该永磁同步电机进行模态分析,得出其各阶固有频率,通过分析固有频率和电磁力计算结果,得出对永磁同步电机振动影响较大的频率点,为外转子永磁同步电机避免共振提供参考,为分析电磁噪声奠定基础。     

一种新型转子结构的内置式永磁同步电机优化设计

提出一种新型转子结构的内置式永磁同步电机。在转子永磁体材料用量相同的前提下,该结构所采用的阶梯形永磁体结构能够有效地改善气隙磁密波形,从而提高电机性能。为了得到阶梯形永磁体结构的设计参数,首先建立新型转子结构电机的磁路模型,以气隙磁密基波和谐波畸变率为目标函数,得到了转子永磁体的初始设计参数。为了提高参数的准确度,采用田口方法对该初始设计参数进行了优化,进一步提高了电机性能。最后,将该阶梯形永磁体结构的电机与传统一字形永磁体结构的电机进行了仿真性能对比。     

基于组合磁极的无轴承永磁同步电机转子优化设计

无轴承永磁同步电机是一种正弦波驱动的电机,气隙磁场的正弦性影响着电机的性能,为了获得较小的转矩脉动和悬浮力脉动,提出了永磁体采用组合磁极的特殊结构。首先阐述了该结构对改善气隙磁场正弦性的作用,推导出了新的数学模型。其次,基于有限元分析,利用田口法正交试验,以电机的电磁转矩脉动与转矩平均值的比值和悬浮力脉动与悬浮力平均值作为评价标准,优化设计了磁极参数。最后将优化后的组合磁极式BPMSM与传统的单一磁极的BPMSM对比分析,结果显示,优化后的电机空载气隙磁密波形得到了明显改善,在保证转矩和悬浮力大小的基础上,转矩脉动和悬浮力脉动显著减小。     

基于改进型滑模控制永磁同步电机转子位置观测器优化设计

本文提出一种改进型永磁同步电机滑模观测器,适用于全转速范围内无位置传感器转子位置估算。与传统滑模观测器相比,采用高斯误差函数代替传统的符号函数,有效的减少系统抖振。同时在滑模观测器中引入放大变量,使反电动势得到扩展,提高了低速时转子位置的估算精度。最后通过对传统锁相环的改进设计进一步提高系统估计精度,同时消除高频噪声的影响。对比传统滑模控制与改进滑模控制在全速域时转子估算结果,改进型滑模观测器能有效抑制反电动势抖振并减小转速估计误差。通过永磁同步电机驱动控制实验平台,对所提出改进型滑模观测器的正确性及有效性进行了验证。     

永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计

以额定功率为60 k W永磁同步电机(PMSM)为研究对象,采用气隙等效导热系数处理定转子间的热交换问题。给出散下线定子绕组的等效热模型。在进行绕组铜耗计算时考虑温升对定子绕组阻值的影响,试验测定壳体与定子铁心间因装配间隙而产生的热阻值。在此基础上建立PMSM三维全域瞬态温度场有限元模型,计算电机在峰值转速运行时的温度场变化,并进行试验验证。对水道宽度比、水道数和翅片进行优化计算,找出最优解。结果表明,水道优化后电机最高温度下降9.8℃,对电机水道结构设计具有一定的指导意义。     

内置式永磁同步电机转子系统模态分析

转子系统是永磁同步电机重要的组成部件和执行机构,其振动特性直接影响电机的性能及其寿命。在模态分析理论基础上,对所设计的10极内置永磁同步电机转子系统进行了常规模态及预应力模态研究,并对比分析了两种模态下转子系统振动特性。结果表明,现有设计下转子系统不会发生共振,离心力导致的预应力对系统第三阶及之后的模态频率影响较大。     

隔爆型三相永磁外转子电动机磁路优化设计

隔爆型三相永磁外转子电动机,由于其转子结构和使用场合的特殊性,永磁体布置结构对制造工艺、产品性能以及制造成本有很大的影响,现针对现有磁极布置结构的不足进行了分析与改进,设计并验证了一种改良型磁路结构,这种结构在工艺性、降低制造成本、提高生产效率、提高可靠性等方面有了较大改善。     

高速内置式永磁同步电机转子强度分析

内置式永磁同步电机高速运转时,隔磁桥处承受着永磁体和极靴所产生的巨大离心力,为了提高转子冲片的机械强度避免隔磁桥的损坏有必要对电机转子冲片的结构进行研究。首先,基于离心力产生的原理建立了转子冲片最大应力的数学表达式并与有限元仿真模型比较,验证了其准确性。然后,针对现有转子冲片机械强度不足的缺陷,提出了对永磁体沿径向分段的结构优化方案,并对该方案进行了模拟仿真。结果表明:分段桥可有效分担隔磁桥处的应力,提高转子的机械强度。最后,对比分析了分段桥数量对电机机械强度及电气性能的影响,得出了实例电机转子冲片的最优结构。研究结果为高速内置式永磁电机转子结构的优化设计提供了有力参考。     

基于改进粒子群优化算法的外转子永磁同步电机的多目标优化设计

为降低外转子永磁同步电机(ERPMSM) 作为皮带输送机驱动电机时的永磁体成本并提高电机性能,提出基于响应面法(RSM)和改进多目标粒子群优化(IMOPSO)算法的优化设计方法。在建立电机基本结构的基础上,将永磁体尺寸、气隙长度、槽口宽度等作为优化参数,将永磁体成本、输出转矩、转矩脉动等作为优化目标。通过参数灵敏度分析筛选出显著参数,基于RSM结合有限元仿真建立样本空间,并拟合出优化目标和优化参数的函数关系,通过IMOPSO寻优。最后对比优化前后的方案结果,所提多目标优化算法准确可靠且具有更好的收敛性和多样性,能够在降低永磁体成本的同时优化电机的性能。     

风机用外转子永磁同步电机的齿槽转矩优化

介绍了外转子永磁同步电机在风机领域中具有的优势和存在的振动过大的问题。分析了齿槽转矩产生的原理并推荐了以ANSYS/Maxwell 2D建立的二维有限元模型为基础的、降低齿槽转距的几种工程应用方法。