面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

削弱永磁风力发电机电势谐波的极宽调制方法

为削弱永磁风力发电机电势谐波的影响,提出一种极宽调制方法,通过优化发电机结构,提高气隙磁场的正弦化程度来改善发电机电势波形的质量.用ANSOFT软件分别对传统贴面式永磁发电机和新型极宽调制式永磁发电机进行有限元分析,研制了两种转子结构的永磁风力发电机样机,并构建电势波形检测系统进行实验研究.通过实验分析表明,有限元分析结果与样机实验结果一致,极宽调制永磁风力发电机能明显削弱电势谐波,从而证明了利用极宽调制方法削弱永磁风力发电机电势谐波是有效和可行的.     

内置式永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

为抑制永磁同步电机齿槽转矩,减少电机振动与噪声,提出一种定子齿顶开辅助槽与转子外圆偏心的结构来抑制齿槽转矩,提升电机的输出性能.首先建立了定子齿顶开槽前后与主气隙分布函数解析式,分析定子开槽与电机主磁场分布及齿槽转矩的关系,同时分析了转子外圆偏心后对齿槽转矩的影响.以内置3相8极48槽V型永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿顶辅助槽个数、槽宽、槽深、槽位置以及转子外圆偏心距等参数进行优化对比分析,获得最优的参数匹配.结果表明：定子齿顶双矩形对称开槽以及转子外圆偏心的方式能有效改善主气隙磁场分布,抑制电机齿槽转矩,优化后的电机气隙磁密5、11、15、17谐波幅值下降明显,电机齿槽转矩峰值降低了59.6%,反电势波形正弦性增强,平均转矩提升,电机输出性能明显改善.     

定子闭口槽结构对永磁电机齿槽转矩影响分析

较大齿槽转矩的存在不仅影响电机的性能,而且还会使电机产生较大的振动和噪声,严重缩短了电机的使用寿命。从电机的齿槽转矩公式出发,研究闭口槽结构及参数对电机齿槽转矩和振动噪声的影响;采用有限元的方法,针对这一问题提出的结构进行了仿真,详细地分析了闭口槽结构对反电动势、齿槽转矩、平均转矩的影响规律,并进一步分析了电机的振动和噪声。研究表明,采用定子闭口槽结构可有效地减少永磁电机的齿槽转矩,电机的振动加速度得到了大幅减低。     

槽口宽度对伺服永磁电机齿槽转矩的影响研究

以利用能量法的解析模型计算抑制伺服永磁电机齿槽转矩的最佳槽口宽度,利用有限元法求解齿槽转矩,分析了解析法与有限元法数值求解结果出现误差的原因,探究了不同槽口宽度与齿槽转矩的关系。结果表明,齿槽转矩随着槽口开口长度的增加先增大后减小,当其取值在能量法计算的最佳槽口宽度附近时,齿槽转矩下降,符合理论预测,但是二者的极值点出现处存在0.41 mm的误差。针对槽口宽度过小导致下线困难的问题,对能量法的解析模型进行了改进,提出了以线径作为槽口宽度,探究槽口增加量与齿槽转矩变化的关系,确定最佳槽口增加量。结果表明,当最佳槽口增加量为1.2 mm,槽口宽度为2.35 mm,此时齿槽转矩为17.8 mN·m。     

永磁材料及温度对内置式永磁电机性能及转矩脉动的影响

研究了不同的永磁材料及其温度对内置式永磁电机的性能影响。给出了现代牵引电机二维有限元瞬态模型,采用有限元方法计算了不同型号的铷铁硼永磁材料及不同温度时电机的转矩、转矩纹波及齿槽转矩,并对其进行了比较分析。其结论对电机设计研究者及工程师具有指导参考意义。     

基于磁极偏移圆筒永磁直线电机齿槽力的削弱

为了削弱圆筒型永磁直线电机的齿槽力,在简要介绍圆筒型永磁直线电机齿槽力产生原理的基础上,基于Ansoft软件对圆筒型永磁直线电机的齿槽力进行了分析.以单个磁极和初级齿相互作用产生的齿槽力为基础,运用叠加原理得到整个电机的齿槽力解析表达式,进而提出采用磁极分组偏移来削弱电机齿槽力的方法,并给出了磁极偏移距离的表达式.通过有限元仿真验证了该方法的有效性,同时对磁极偏移后电机的反电势进行了分析,发现该方法对电机反电势的影响很小,所得结论可为直线电机的设计提供一定参考.     

宽调速范围低转矩脉动的一种新型内置式永磁同步电机的设计与分析

宽调速范围与低转矩脉动一直是设计电动汽车用内置式永磁同步电机时所追求的重要目标.设计了一种转子结构为W的新型内置式永磁同步电机,并进行了绕组结构优化与性能分析.利用有限元分析法,将所设计的电机初始模型、优化模型以及转子结构为一字型的传统内置式永磁同步电机模型进行了对比分析.通过对电机的永磁体用量、dq轴电感、弱磁调速能力、齿槽转矩以及纹波转矩等重要参数的详细对比分析,最终选择了36槽8极转子结构为W的内置式永磁同步电机设计方案.此方案在保证电机转矩、功率要求的前提下,可以获得较宽的调速范围和较小的整体转矩脉动.     

磁体阵列式永磁同步电动机磁场与起动性能

为了提高传统表面式永磁同步电动机气隙磁场的正弦程度,降低永磁同步电动机的谐波影响并且使得表面式永磁同步电动机也能具有一定的自起动能力,提出一种分布磁体阵列调制式永磁同步电动机．转子铁芯表面磁极是由若干小磁块阵列构成的,阵列中小磁块的宽度、高度及磁块之间的间隔符合一种调制关系,合理设置转子与磁极的结构和位置,使产生的气隙磁场波形更加接近正弦波.利用调制后磁体阵列间剩余的空间设置起动绕组,产生异步感应电磁转矩,使表面式永磁同步电动机增添自起动功能.ANSOFT仿真分析和样机实验结果具有很好的一致性,说明所提出的改善表面式永磁同步电动机气隙磁场波形正弦化的方法是可行的,证明了自起动新方法和新结构的正确性和有效性.     

永磁转子偏转式三自由度电机建模与结构分析

针对以往研究中单层结构永磁转子三自由度电机转矩特性的不足,提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度运动电机,采用球坐标系下分离变量法和洛伦兹力法分别对电机气隙磁场和转矩进行解析建模,确定气隙磁场空间谐波含量和结构参数对基波磁通密度和转矩幅值的影响,同时进行三维有限元仿真分析.通过研究两种计算方法下气隙磁场、自转和偏转转矩的特点及规律,并进行对比分析.结果表明:"蝶形"永磁转子结构的气隙磁通密度分布和转矩特性优于单层结构,气隙磁通密度径向分量空间分布近似平顶波,转子中间层磁极的气隙磁通密度幅值最大,解析法与有限元法的计算误差均小于6.7%.     

基于斜磁极的盘式永磁电机齿槽转矩削弱方法

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在斜极前后的齿槽转矩解析表达式,研究整体磁极斜极与分段磁极斜极对齿槽转矩的不同影响.在此基础上,提出通过确定磁极分段数量、优化分段磁块径向尺寸及选择合适极弧系数来进一步削弱齿槽转矩的方法,利用有限元法进行仿真分析,并将此方法应用于抽油机用盘式电机的转子结构设计.实验结果表明,采用分段磁极斜极方法对削弱盘式永磁电机的齿槽转矩具有理想的效果.     

永磁无刷直流电动机反电动势及定位力矩的计算与仿真

以一台八极方波永磁无刷直流电动机为例,建立了给定电机的求解域和假设条件下的有限元方程,采用有限元法计算了电机的瞬态电磁场和稳态电磁场,给出了反电动势和定位力矩的计算方法.在此基础上,仿真了空载和负载下的电机反电动势,并且对不同磁钢尺寸下的定位力矩进行了分析计算.计算表明,受电枢反应和换向电感的影响,反电动势有较大波动,定位力矩的大小同磁化方向长度和极弧系数成正比关系.     

直驱采油用永磁同步电机削弱齿槽转矩优化

提出削弱永磁同步电机齿槽转矩的优化设计方法.在永磁电机设计过程中影响齿槽转矩的参数有多个,但每个参数对齿槽转矩的影响程度不同,为了节约设计时间与成本,采用Plackett-Burman设计从多个设计参数中筛选出影响齿槽转矩的显著因子.应用响应面法(RSM)建立显著因子与齿槽转矩的二阶响应模型并判定拟合模型的有效性,采用有限元法(FEM)分析实验安排以确定回归系数.采用遗传算法(GA)寻优,找到使齿槽转矩最小的最佳解.根据优化结果进行有限元分析可知,与初始值相比,齿槽转矩显著降低,这在很大程度上提高了电机运行的稳定性,降低了运行过程中产生的噪声.通过样机试验证明了该优化设计方法的有效性.     

基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机直接转矩、控制系统转矩和定子磁链的脉动问题，设计了基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略的永磁同步电机直接转矩控制.在每个控制周期内，计算出参考磁链和所估计磁链的偏差，选择相邻非零矢量和零矢量，并精确地计算出各自作用时间，然后利用线性组合法将其合成为新的电压矢量.在MATLAB/SIMULINK仿真环境下，对该控制系统进行了建模与仿真.仿真结果表明，该方法可以明显减小转矩和磁链脉动，具有更好的动、静态性能，而且响应速度快，运行平稳.     

神经网络用于永磁同步电机系统波动力矩补偿

电机系统的波动力矩是影响精密伺服系统响应精度的一个关键因素，对恒速工作的永磁同步电机系统进行分析并提出了在电机系统控制指令中叠加补偿指令的抑制波动力矩方法，构造了相应的多层前馈神经网络模型，采用改进的BP网络--SPDS算法进行网络训练，实现了波动力矩补偿指令的计算，经样机系统验证得到了满意的波动力矩补偿结果。表明这种补偿构造方法具有良好的工程实用价值。     

基于有限元分析的内置式永磁同步电机转矩特性的优化设计

内置式永磁同步电机(IPMSM)的转矩特性直接影响着电机驱动运行的平稳性,针对转矩中的脉动,一方面通过定子斜槽消除齿槽转矩,另一方面通过永磁体分段来减小纹波转矩,最终达到了减小转矩脉动的目的,并且在一定程度上提高了电机弱磁调速的能力,扩大了电机的恒功率范围。