基于模糊推理田口法的IPMSM多目标优化设计

内置式永磁同步电机（IPMSM）已广泛应用在电动汽车、城市轨道交通等领域,高转矩密度、宽调速范围和低振动噪声等是IPMSM设计时需要兼顾的重要性能指标。提出基于模糊推理田口法的IPMSM多目标优化设计,以解决平均转矩、转矩脉动和弱磁扩速范围多个优化目标之间的制约和冲突问题。在田口正交实验设计的基础上,利用模糊推理将多个优化目标转化为单一目标,从而获得电机的最优设计参数组合。有限元仿真表明,所提出的优化设计方案与优化前和传统田口法比较,各性能指标均得到较大的提升,验证了模糊推理田口法的有效性和先进性。     

非对称V型磁极偏移内置式永磁同步电机转矩脉动分析

当牵引机车采用内置式永磁同步轮毂电机时,转矩脉动偏大,引起振动、噪声,从而影响电机运行性能.针对此问题,首先提出一种非对称V型磁极偏移转子结构;其次,基于绕组函数理论和等效磁路法,分别推导出定子磁动势和转子磁动势表达式,结合洛伦兹力定律,得到转矩脉动解析模型;再次,对比三种磁极偏移方式下的转矩及径向力,确定出最优的磁极偏移方式;最后,对对称V型磁极、非对称V型磁极和非对称V型磁极偏移三种转子结构的转矩脉动、齿槽转矩及气隙磁密高次谐波分别进行仿真实验和比较.实验结果表明,非对称V型磁极偏移结构转矩脉动降低约14％,齿槽转矩降低约78.7％,气隙磁密5、7谐波最小,所提结构能有效抑制转矩脉动,提升电机性能.     

基于田口法和MOPSO算法的PMSM转矩优化设计

针对永磁同步电动机的电磁转矩要求,即起动转矩倍数较大、转矩密度较高以及输出稳定性较强的要求,以一款36槽8极永磁同步电动机为例,采用Taguchi方法,以起动转矩幅值、电磁转矩稳定值以及转矩波动系数为目标变量,以磁钢厚度、极弧系数、磁钢偏心距、定子槽口宽度为参数,通过有限元仿真,得到每个搭配组合的转矩目标变量。为了得到最优的电磁转矩曲线,利用最小二乘法对Taguchi法得到的结果进行拟合,利用多目标粒子群算法(MOPSO)对目标变量进行寻优,得到最优解,并利用有限元软件仿真验证。结果表明,采用Taguchi法和MOPSO算法对永磁同步电动机的电磁转矩进行优化具有可行性以及较高的准确性。     

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。     

基于磁极偏移的永磁同步电动机齿槽转矩优化

文章推导了磁极偏移后齿槽转矩的表达式,分析了齿槽转矩与偏移角度的关系。并以一台48槽8极单相永磁同步电机为例,采用ANSYS有限元分析软件,对不同偏移角度下的齿槽转矩进行了仿真,通过对比分析达到优化齿槽转矩的目的。     

磁极偏移削弱永磁电机齿槽转矩方法

研究了永磁电机磁极偏移对齿槽转矩的影响,发现当每极槽数不为整数时,磁极偏移会引入新的齿槽转矩谐波.因此要通过磁极偏移减小齿槽转矩,除了减小永磁体对称时存在的齿槽转矩谐波外,还要减小新引入的低次谐波.为解决现有的永磁体偏移角度计算方法存在的不足,本文推导了磁极偏移时齿槽转矩的表达式,提出了确定永磁体偏转角度的新方法.有限元计算结果表明:与现有的方法相比,本文提出的磁极偏移角度计算方法得到的偏转角度对原有齿槽转矩谐波以及新引入的低次谐波都有较好的削弱作用,因此能较好地减小齿槽转矩.     

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.     

基于加权平均田口法的PMLM优化设计

针对常规田口法在多目标优化方面的不足,采用加权平均田口法,将多目标优化转化为单目标优化,应用于高加速度永磁直线电机(PMLM)。本文基于有限元模型,以平均加速度、推力波动为优化目标。首先,采用进化算法优化,获得平均加速度和推力波动的Pareto前沿。然后采用加权平均田口法进行二次寻优,所得结果对端齿宽度进一步优化以降低推力波动。结果表明,与原始电机相比,优化方案的推力波动减少了60.92%,而平均加速度从10.79 g降到10.00 g。优化方案再采用斜极设计,进一步降低了推力波动。     

基于ELM实现的IPMSM转矩观测器

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)参数非线性及不确定性导致的电机转矩难以准确估测和控制等问题,研究了基于ELM(极限学习机)神经网络的IPMSM的矢量控制转矩观测器。利用ELM神经网络较强的泛化能力和逼近能力,同时根据IPMSM的矢量控制要求,设计出电流到转矩的非线性映射;将神经网络输出的估测的转矩作为反馈转矩输入PI转矩控制器,并通过PI电流控制器调节q轴电流;使实际电机转矩等于转矩命令,从而完成对电机的转矩控制。实验结果表明,该观测器有效地减少了90%的转矩脉动,具有良好的动态和静态性能,同时对系统参数不确定性和非线性具有较好的适应性。     

一种基于磁极偏移的永磁电机齿槽转矩最优削弱方法

研究了永磁电机磁极偏移对齿槽转矩的影响.推导了磁极偏移后齿槽转矩的表达式,得出了减小齿槽转矩的有效途径.给出了磁极偏移角度的计算方法,提出了一种寻找削弱齿槽转矩的最优偏移角度的方法.有限元分析与验证的结果表明:最优磁极偏移角度对齿槽转矩各次谐波都有较好的削弱效果.     

磁阻转矩偏移型模块化电机优化设计

为了提升转矩性能并降低制造成本,磁阻转矩偏移型模块化电机受到广泛研究。本文在现有转子结构基础上,提出了两种新型磁阻转矩偏移型模块化电机。通过解析公式分析了该种电机的转矩原理,并运用有限元法进行了仿真验证,结果显示,提出的两种新型磁阻转矩偏移型模块化结构相较现有结构可提升输出转矩并降低转矩脉动。与现有结构A相比,本文提出的结构B和结构C分别提升转矩27.8%和17.4%,结构B更能有效地提升转矩,进而提高电机转矩密度和功率密度。     

组合磁极削弱永磁同步电动机转矩脉动方法研究

针对永磁同步电动机的转矩脉动削弱问题,研究了组合永磁磁极的转矩脉动削弱方法。组合磁极由两种性能不同的永磁材料组成,通过合理选择永磁材料与极弧宽度组合,可削弱气隙磁密和反电动势谐波,进而削弱转矩脉动。采用解析法计算组合磁极产生的气隙磁密和反电动势,研究组合磁极的极弧宽度变化对反电动势的谐波的影响,以总谐波失真最小为标准,得到极弧宽度组合。有限元计算结果表明,采用极弧宽度组合时,反电动势谐波和永磁电机的转矩脉动都得到了很好地削弱。     

惯性动量轮电机磁极结构对转矩脉动的影响

驱动电机的转矩脉动是影响惯性动量飞轮输出力矩精度和稳定性的主要因素之一。该文针对无刷直流电机结构,推导了电机气隙磁密与反电势和转矩脉动的关系,分析了电机反电势波形对转矩脉动的影响,并用有限元方法对电机磁极不同充磁方式、极对数和极弧系数下的气隙磁密波形及转矩脉动的影响进行了仿真,通过实验得到了电机反电势波形并计算得到转矩脉动系数,验证了仿真结果的正确性。     

基于不等磁极组合的外转子内置式永磁同步电机转矩脉动抑制研究

转矩脉动是影响电机性能的重要因素。针对常规的内置式永磁电机转矩脉动较大的问题,提出了一种保持永磁体总量不变的不等磁极组合方法,使某一磁极的极弧长度与其他磁极不同来抑制转矩脉动,给出了详细推导过程和磁极参数确定方法,并与斜槽结构做了性能对比。针对外转子内置式结构,对比分析了隔磁桥和磁障两种隔磁措施,建立了有限元模型对其进行仿真验证。最终研制了一台55 kW,2 500 r/min的样机,试验数据与仿真结果相吻合,验证了所提方法对齿槽转矩和反电动势谐波有着显著削弱效果,能够有效抑制转矩脉动,提高电机性能,具有一定工程实际意义。     

基于田口法的内嵌式永磁电动机的优化设计

首先基于传统的电机本体设计方法,获得一台15 kW、102 V的内嵌式永磁电动机的基本设计参数,然后利用基于等效磁路法的RMXPRT软件对该内嵌式永磁电动机的一些重要设计参数进行优选,得到较为理想的参数范围。最后,引入一种新颖的优化方法——田口法,以内嵌式永磁电动机的气隙长度、永磁体厚度与宽度、磁桥长度和宽度作为优化变量,以效率和磁钢用量作为优化目标对电机进行优化设计。确定最优方案后将其导入到电磁场有限元分析软件Maxwell进行仿真,以对所设计电机进行合理性分析。优化后效果明显,对实际应用具有一定的指导意义。     

基于周期细分的IPMSM直接转矩控制研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)传统直接转矩控制(DTC)策略存在的磁链和转矩脉动较大等问题,深入分析了离散型空间矢量调制直接转矩控制(DSVM-DTC)和基于平均值法的占空比调制DTC两种控制方法,从转矩和磁链波动、电流谐波含量等方面对这两种方法进行了实验对比分析。实验结果表明,与DSVM-DTC相比,基于平均值法的占空比调制DTC的转矩、磁链脉动以及电流谐波含量更小,系统稳态性能更好。     

基于田口法的磁通反向电机的优化设计

磁通反向电机是一种新型双凸极电机,具有广阔的应用前景。本文推导了正弦交流供电方式下,三相FRM的电磁功率和主要尺寸之间的关系,结合已有设计经验确定了一台450 W三相FRM的基本尺寸。在此基础上,文章以电机输出转矩最大化和转矩脉动最小化为优化目标,采用田口法对选定的优化参数设计了正交试验,分析了各优化参数对优化目标的影响,从而确定了优化方案。有限元仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于田口法的永磁同步推进电机优化设计

以无人水下航行器推进用内置式永磁同步电机为研究对象,利用传统的等效磁路法和经验公式,初步确定永磁同步电机设计基本电磁参数,并用RMxprt和Maxwell进行初步的校核,确定了各优化参数及取值范围。在保证输出转矩的前提下,以相关尺寸参数槽型参数、直接影响成本的永磁体宽度和厚度、隔磁桥宽度为优化参数,以高效率、永磁体用量少、转矩脉动小为优化目标,通过田口法对内置切向式永磁同步电机优化设计,得出电机多目标优化设计的方案。有限元仿真分析结果验证了该方法的合理性和有效性。     

抑制转矩脉动的同步磁阻电动机转子优化设计

提出了同步磁阻电动机一种新型渐变ALA栅格转子结构,采用有限元逼近方法研究影响转矩脉动的转子栅格结构参数。以转矩脉动为优化设计目标,根据每半对极下定子槽数、转子等价虚槽数与栅格层数和栅格所跨过的定子槽与相邻定子齿的单元个数的关系,推出了ALA栅格转子结构参数与转矩脉动的数学关系表达式,且栅格具有渐变特点。与常规等距ALA栅格转子结构进行实验对比分析,证明提出的新型转子结构的同步磁阻电动机转矩平滑性好,较好地抑制了转矩脉动。