永磁同步电动机径向电磁力的分析

简要推导和分析了径向电磁力的产生原理.利用有限元分析软件计算了8极24槽、36槽、48槽三台永磁同步电动机的空载磁场和额定负载磁场的谐波含量并进行了径向力波分析.该方法可以有效分析永磁同步电动机的径向电磁力,同时分析了不同极弧系数和磁钢偏心距对磁场正弦畸变率的影响.分析和计算结果表明:相比分数槽电机,采用整数槽可以有效减小电机的径向电磁力,为降低永磁同步电动机振动与噪声提供了理论依据.     

考虑径向电磁力激励下永磁同步电机电磁噪声仿真分析

永磁同步电机产生的电磁振动噪声会对设备运行产生影响,为分析永磁同步电机定子受径向电磁力作用产生的电磁振动噪声特性,提出一种多物理场耦合的电磁振动噪声分析方案。以额定功率500 W、额定转速1 500 r/min的永磁同步电机为对象,采用RMxprt模块建立电机2D模型,基于Maxwell模块对永磁同步电机进行电磁瞬态分析,得到瞬态径向电磁力,通过谐响应分析得到瞬态径向电磁力作用下电机的振动频率,再耦合Acoustics ACT模块对振动噪声分析。分析结果可以反映出瞬态径向电磁力对电机噪声的影响,为抑制电机电磁振动噪声提供一种新思路。     

小功率表贴式永磁同步电机径向电磁力波特性研究

采用解析法推导出表贴式永磁同步电机径向电磁波的解析表达式,在此基础上求取了径向电磁力波分量的幅值、阶次和频率。分析了径向气隙磁密谐波对径向电磁力波的影响,提出了运用3p阶气隙磁密谐波削弱二倍频径向电磁力波,进而降低电机振动噪声的方法。建立有限元仿真模型对所提出的方法进行验证,证明了所提方法的正确性。     

分数槽永磁同步电机径向电磁力研究

由于分数槽永磁同步电机每极磁路分布不同,相比整数槽时更容易产生低次径向电磁力波,对电机的振动和噪声影响较大。从气隙磁场入手,对分数槽永磁同步电机径向电磁力及力波次数和频率进行解析计算,并以一台12槽10极分数槽永磁同步电机为例,进行了有限元仿真验证与分析,仿真结果表明解析计算结果正确。     

高精度永磁直线伺服电动机法向电磁力波分析与计算

永磁直线伺服电动机在运行过程中动、定子之间存在较大的法向电磁力波动,法向力波动引起的振动和摩擦摄动严重影响到高精密机床的定位精度。法向力波动主要由电机气隙磁场作用于动子铁心的法向电磁力波所激发,齿槽效应是影响它的重要因素。为此,采用磁动势磁导法推导出单边平板型永磁直线电机法向电磁力波的解析表达式;分析各阶力波次数和力波幅值对法向力波动的影响。通过对傅里叶分解系数的分析,指出极弧系数和极槽配合是影响法向电磁力波的两个主要因素。利用Ansoft有限元软件对8极12槽单边永磁直线电动机进行仿真分析,仿真结果与解析结果基本一致,验证了法向电磁力波解析分析方法的正确性。     

表贴式调速永磁同步电动机径向磁拉力分析

分析了永磁同步电动机中负载磁场的主要谐波分量,对面贴式永磁同步电动机空载及负载磁场进行径向力波分析,该方法可以有效分析永磁同步电动机的径向磁拉力,并为采取对应措施消除由其引起的永磁同步电动机振动与噪声提出了理论依据.     

高模数电磁力对永磁电机电磁振动影响

分析了永磁电机在空载和负载工况下高模数电磁力波对电机电磁振动的影响。首先通过麦克斯韦应力张量法推导了电机电磁力波的幅值、频率和模数特征。其次阐述了引起永磁电机低阶电磁振动源的高模数和低模数电磁力波特点并探讨了齿宽对两种电磁力的影响。然后计算和详细对比了电机空载和负载工况下两种电磁力波对低阶电磁振动的贡献,并用模态叠加法仿真电机的振动,对理论进行验证。最后在一台10极12槽永磁电机上进行空载电磁振动实验,与仿真计算结果吻合较好。研究表明,高模数电磁力波能引起较大的低阶电磁振动,但在分数槽电机中,其贡献程度随负载的增加而减弱。该文的研究将为永磁电机电磁振动的准确预测和减振提供思路。     

基于转子辅助槽的车用永磁同步电机振动噪声优化

车用永磁同步电机(PMSM)的电磁噪声是新能源汽车噪声的主要来源,直接影响整车的振动噪声特性。作用于电机定子结构的低阶径向电磁力是电机电磁噪声的主要原因,以1台额定功率35 kW的新能源车用PMSM为研究对象,提出一种转子外缘开辅助槽的优化方案以降低电机的振动噪声,通过对辅助槽的多个参数进行多变量寻优确定最优的参数值。采用有限元法对采用辅助槽前后的电机进行振动噪声的仿真对比,最后通过样机的振动噪声试验验证了理论研究的正确性,实测样机通过转子开辅助槽的优化方案使电机振动加速度幅值降低了2g,噪声降低了4 dB。     

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。     

考虑磁致伸缩效应永磁电机的振动噪声研究

硅钢片的磁致伸缩是永磁电机产生振动噪声的原因之一。本文基于压磁方程,建立了考虑磁致伸缩效应的磁-机械耦合模型,给出求解区域内的基本假设及相应的边界条件,以一台11k W永磁同步电机为例,应用有限元计算了在理想电流和实验电流供电下由电磁力和磁致伸缩效应两种振动源单独和共同作用时引起的振动;在此基础上分析了电机周围的声场分布。为了验证模型,对该永磁电机的振动和噪声分别进行了实验研究。理论计算与测量结果的比较验证了该耦合模型的正确性,为在设计阶段计算永磁电机振动噪声大小、分布和寻求新的降噪措施,提供了理论依据和计算方法。     

永磁同步电机控制参数设计方法

磁场定向控制(FOC)由于其良好的解耦性、较小的转矩脉动和容易实现等优点,成为最广泛使用的永磁同步电机控制方法。电流环参数设计是磁场定向控制的关键。本文通过对电流环进行分析,采用传递函数分析的方法,在考虑交叉耦合的条件下推导控制参数与电流控制性能的关系,给出控制参数的优化选取原则。     

含不确定参数的永磁同步电机位置自适应控制

针对永磁同步电机（PMSM）数学模型结构复杂以及含有不确定参数的问题,通过引入一个合适的状态变换,把原系统转换为工类比较规范的、易于处理的非线性系统的简单形式,再依据反步法的设计原理,给出了PMSM位置自适应控制器的设计方案。理论分析表明,该方案能够克服系统中不确定参数的影响,保证了系统全局稳定和所有信号全局有界,并且位置输出渐近跟踪参考信号;仿真结果也证实该控制器具有快速、稳定、无超调等优点,而且能够保证位置跟踪误差很快趋近于零,实现了控制精确度的要求。     

50 kW永磁同步电机内流体流动特性数值研究

为了阐明中小型永磁同步电机内、外冷却介质流动特性,本文以一台50kW表贴式永磁同步电机为例,基于计算流体力学(CFD)以及传热传质学基本理论,根据共轭传热原理,建立较为细致的三维流动与传热的物理模型.应用有限体积元法,对变频供电情况下的永磁同步驱动电机内温度场及流体场进行了数值计算,通过与实验数据的对比分析,验证了其计算结果的准确性以及求解方法的合理性,最后,对电机外部机壳及内部定、转子域内冷却介质的流体流动特性、传热特性以及运动迹线等进行分析,揭示了中小型永磁同步电机冷却介质性能变化规律.     

永磁感应子式无刷直流电动机的转矩特性研究

针对永磁感应子式无刷直流电动机的定转子齿结构和绕组的排列对转矩特性的影响,从特定电机结构的磁导计算出发,推导出永磁感应子式无刷直流电动机的参数表达式,分析了电机的参数特征对转矩工作特性的影响。实验及分析表明,采用等效磁路和实际测量相结合的方法．可以预测永磁感应子式无刷直流电动机的电磁转矩和齿槽定位力矩特性,为电机的转矩控制提供理论依据。     

复合变指数趋近律的永磁同步电机控制

针对变指数趋近律应用在永磁同步电机矢量控制中出现的抖振以及趋近滑模面较慢的问题,提出一种复合变指数趋近律的控制方法.该方法引入变指数并与加权积分复合,变指数趋近律可使其快速趋近滑模面,加快系统的反应速度;再与加权积分增益结合,能消除滑动阶段抖动切换增益严重的问题.依据所提出的方法,设计了速度控制器,并与变指数趋近律进行...     

基于转子辅助槽的PMSM电磁振动噪声削弱方法研究

电机气隙中的径向电磁力作用于定子齿部,通过定子、机座传递到空气中,产生了振动噪声。针对实际工程中噪声突出问题,解析径向电磁力得到产生振动噪声的主要阶次和频率,分析电机的定子模态得到不同空间阶次下的频率。考虑电机转子凸极,提出一种转子开辅助槽配合增加气隙宽度的方法改善电机的声振特性。通过搭建优化前后的电机有限元模型,在加速工况下对比6f₁和12f₁频率(f₁为基波频率)的电磁力,以及24阶次和48阶次下的A计权声压级,验证所提方法的有效性。最后在实际样机上测试加速工况下24阶次和48阶次的振动水平和声压级。试验结果表明,所提转子开辅助槽配合改变气隙宽度的方法能够有效降低电机整体的振动噪声。     

永磁体分散性对自起动永磁同步电动机的影响

由于批量生产的永磁材料在性能上存在不可避免的分散性,会造成永磁同步电动机性能的差异,采用理论分析与性能计算相结合的方法,研究了永磁材料性能的分散性对永磁同步电动机起动性能、空载性能和额定性能的影响,并以380V、22kW、6极永磁同步电动机为例进行了实验验证.结果表明:永磁体性能的分散性影响起动过程中的最小转矩,对电机的起动有较大影响;永磁体分散性对空载电流、空载功率因数、负载功率因数和过载能力影响较大,而对额定运行时的效率、电流影响不大.     

Development trend of the permanent magnet synchronous motor for railway traction

Owing to the resent progress in power electronics and permanent magnet materials, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) that is lighter, smaller, and more efficient than the conventional induction motor has become realistic as a traction motor. We are making research and development effort on the introduction of the PMSM to rail vehicle traction. The recent development trend of the permanent magnet synchronous traction motor is reviewed. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

A totally enclosed traction motor using a permanent magnet synchronous motor

Ventilated‐type traction motors are widely used for railway vehicles. However, they require overhauls to clean inside them. In addition, they are a major noise source in railway vehicles. To solve these problems, we propose a totally enclosed‐type traction motor using a permanent magnet synchronous motor that has the same weight power ratio as that of a conventional ventilated‐type traction motor. In this paper, we report the test results of the proposed motor. The test results demonstrate that the temperature rise values are within its limit and the noise level is decreased by 10 dB compared to conventional motors. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 151(3): 71–80, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20079