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。     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.     

永磁电机齿槽转矩分析研究

针对目前永磁电动机齿槽转矩存在的特点,从目前实际存在的定转子相对位置的高度差异,分析其对齿槽转矩造成的影响特性.本文将三维有限元分析与实验研究相结合,研究了永磁电动机定转子高度差比值K对齿槽转矩的影响特性.     

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%。     

永磁电机齿槽转矩的测量

齿槽转矩引起的振动、噪声以及控制困难影响永磁电机的性能,其精确测量有助于永磁电机削弱齿槽转矩的优化设计.本文介绍了用扭矩传感器和通过测量电流电压来测量齿槽转矩的方法及其优缺点,提出了一种简单易行的用砝码来测量齿槽转矩的方法,并用该方法对8极30槽的永磁同步发电机样机进行测试,测试结果表明该方法可行.     

基于谐波分析的永磁电机齿槽转矩抑制

齿槽转矩是永磁电机特有的问题之一,也是设计制造过程中必须考虑的关键问题。为抑制电机的齿槽转矩,采用解析法与有限元法相结合的方式,研究了一种开辅助槽抑制电机齿槽转矩的方法。运用傅里叶级数对电机的齿槽转矩进行谐波分析,得到齿槽转矩的基波以及各次谐波的大小;将开辅助槽电机的齿槽转矩简化看作辅助槽与磁钢产生的齿槽转矩与原有电机的齿槽转矩的叠加,利用解析法确定辅助槽的开槽位置,使得特定位置的辅助槽与磁钢产生的齿槽转矩的谐波分量与电机原有的齿槽转矩的特定的谐波分量互相抵消,从而抑制齿槽转矩的基波以及低次数谐波分量,使得齿槽转矩幅值下降,并给出了具体的辅助槽位置公式。结合有限元方法,采用与普通槽相等的槽口宽度,并对辅助槽的深度进行仿真分析,得到最优的辅助槽深度。仿真结果表明,在特定的位置上开特定个数的辅助槽,能对齿槽转矩的基波与低次数谐波起到明显的削弱作用,降低齿槽转矩幅值。     

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.     

基于分块永磁磁极的永磁电机齿槽转矩削弱方法

基于齿槽转矩的周期性以及永磁磁极与槽口相对位置的不同对齿槽转矩分布的影响,采用叠加法研究了分块永磁磁极削弱齿槽转矩的方法。该方法无需计算永磁分块导致的复杂的气隙磁通密度分布,而基于不同分块之间与槽口相对位置的变化导致的不同的齿槽转矩的分布,通过合理选择永磁分块数、分块宽度及分块间隔,可使得不同分块产生的齿槽转矩相互抵消,从而有效地削弱齿槽转矩。针对每极整数槽和非整数槽结构,推导得到了永磁分块数、分块宽度以及分块间隔之间关系解析表达式。有限元计算表明,本文得到的确定方法可有效地削弱齿槽转矩。     

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。     

Halbach阵列永磁电机齿槽转矩分析与计算

为了削弱永磁电机齿槽转矩,提高电机气隙磁密,改善气隙磁场分布,采用分段式Halbach阵列磁体结构,使永磁体获得理想的单边磁场。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁力线分布,获得电机气隙磁密和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁体电机进行对比分析。研究结果表明,该方法能有效削减齿槽转矩,提高磁密幅值,增强磁密正弦性。     

内置式永磁电机齿槽转矩的解析计算

利用定子侧边力法分析了内置式永磁电机齿槽转矩。在基于等效磁网络法的基础上求解出内置式永磁电机的气隙磁密,进而将其等效为表贴式结构。在此基础上,建立了等效电机单槽模型,获得了齿槽转矩各阶谐波分量,进而根据槽空间相位关系合成了电机总的齿槽转矩,提高了计算效率。计算结果与有限元法所得出的结果进行了比较,验证了本方法的正确性。     

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。     

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。     

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。     

混合永磁记忆电机齿槽转矩的抑制

在分析齿槽转矩产生的原理基础上,以8极48槽内置式混合永磁记忆电机为例,利用有限元方法分析了定子齿开槽法、定子齿开反槽方法对电机齿槽转矩的影响,并提出了定子齿开反槽与转子开孔结合的方法。有限元仿真表明,定子齿开反槽与转子开孔结合法可以明显地削弱内置式混合永磁记忆电机的齿槽转矩。     

基于槽口偏移的永磁电机齿槽转矩削弱方法

齿槽转矩是永磁同步电机设计研究的一个重要方面。本文运用傅里叶级数的方法分析了齿槽转矩的表达式,电机的齿槽转矩为电机各槽产生齿槽转矩的叠加,以此为基础对单个槽产生齿槽转矩的叠加规律进行了研究,提出了一种基于槽口偏移削弱齿槽转矩的方法。研究表明,通过本文方法将电机的槽口偏移适当角度,可以抵消电机齿槽转矩中的某次或者几次谐波,给出了具体槽口偏移角度的确定公式。最后通过计算实例运用有限元仿真进行验证,结果表明该方法可有效地削弱永磁电机齿槽转矩,本文的结论正确有效。     

基于遗传算法的高速电主轴永磁电机齿槽转矩优化

为了提供高速电主轴的功率密度及动态性能,采用永磁电机方案。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,本文利用遗传算法对一台高速电主轴永磁电机的永磁体的最大厚度,极弧系数和磁极中心偏移量进行综合优化,得出减小齿槽转矩的优化方案。结果表明,通过遗传算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。     

基于新型算法的永磁电机齿槽转矩削弱方法

齿槽转矩会引起电机振动和噪声。为减小电机齿槽转矩,对电机极弧系数、偏心距、气隙长度以及磁极厚度进行了优化。首先利用有限元分析软件建立电机模型,然后设计25组正交实验得到算法所需样本空间,并基于支持向量机算法建立了目标函数数学模型,最后通过粒子群算法进行寻优,得到了一组减小齿槽转矩的优化方案。仿真结果表明,优化后的电机齿槽转矩得到了明显的削弱,优化算法是可行的。     

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.