分数槽集中绕组双馈感应电机电磁特性分析

定转子均采用分数槽集中绕组结构的双馈感应电机极槽数接近,气隙中含有丰富的磁动势谐波,谐波极对数磁场相对于转子高速旋转,会引起电机的转矩脉动。为此,通过磁能和虚位移法求解电磁转矩解析表达式,分析不同次数、不同运动方向的谐波磁场对电磁转矩的影响以及转矩脉动的特点;利用编码器的定位测量功能,提出了一种测量样机转子实时位置的方法,从而量化分析感应电压、电磁转矩等参数。最后利用有限元建立样机二维模型,仿真结果表明：转子转速越快,转子感应电压幅值越小,转矩脉动频率越高,转子转速越慢,转子感应电压幅值越大,转矩脉动频率越低,验证了分数槽集中绕组双馈感应电机电磁耦合理论的正确性。     

电动汽车新型转子内置式永磁同步电动机转矩脉动与电磁振动抑制研究

转矩脉动和电磁振动是评价电动汽车(electric vehicles,EVs)电机品质的2项重要因素。该文设计并研发一种新型两段式磁极转子结构,以降低电动汽车内置式永磁(interior permanent magnet,IPM)电机的转矩脉动和电磁振动。该结构的关键特征是转子由相同轴向长度的两段交错组合而成,不改变永磁体的尺寸和用量,每段转子上一个磁极的极弧宽度与其他磁极不同。受益于两段转子的交错安装,不等极弧宽度所引入的不平衡磁拉力被完全抵消。建立该电机的有限元模型和多物理场耦合分析模型,与一台传统磁极分段结构的10kW原型电机进行对比分析,对电机的电磁性能和振动响应进行全面的比较与评估。最后,分别制作新型两段式转子样机和传统磁极分段样机,对反电动势、齿槽转矩、矩角特性、瞬态转矩脉动和效率等进行试验对比。结果表明,所提出的新型两段式转子电机的转矩脉动、电磁振动抑制效果等性能均显著优于现有的磁极分段电机。该结构可推广到其他转子类型的永磁电机,具有重要的工程实用价值。     

机器人关节无框电机转矩脉动抑制

针对机器人关节无框永磁同步电动机的应用特点,分析总结了电机不同结构参数对转矩脉动的影响,通过优化极槽配合、转子磁极结构等手段降低其转矩脉动,改善运行平稳性。最后将有限元仿真结果与样机试验结果进行了比较,验证了优化方案的有效性。     

低转矩脉动铁氧体永磁同步磁阻电机设计与分析

铁氧体永磁同步磁阻电机的转矩成分主要为磁阻转矩,其设计特点与钕铁硼永磁同步电机有较大差别。分析了永磁同步磁阻电机的数学模型和转矩脉动来源,并以此为理论依据,对极槽配合、转子磁障结构和等量铁氧体放置方案进行了选择和设计。对得到的转矩脉动较低的两个铁氧体放置方案,对比分析了其相关电磁性能,最终得到的转子结构可兼顾转矩脉动低、功率密度高等优点。     

基于不等匝绕组的交替极永磁电机转矩脉动抑制技术

交替极电机的永磁体被凸极铁心替换会形成不对称的空载气隙磁密，导致气隙磁密偶次谐波，进一步在相反电动势中感应出偶次谐波，增加电磁转矩脉动。当交替极永磁电机的极槽配合符合N_s=k(2P±1)(k是正整数，N_s和P分别是定子槽数和转子极对数)时，相反电势中会存在偶次谐波。为此，提出不等匝绕组技术消除交替极永磁电机的低次反电势偶次谐波，抑制电磁转矩脉动。首先推导了消除2次和4次反电势谐波的最优比例，然后以27槽30极电机为例，采用2维有限元方法对比分析了交替极和传统永磁电机的反电势和转矩特性，结果表明，采用不等匝绕组的交替极电机转矩脉动仅为1.2%,与传统电机相比下降了7.84个百分点，最后加工了不等匝绕组27槽30极交替极永磁电机对对理论和有限元分析进行了验证。     

电动自行车用磁通切换电机研究

针对电动自行车用磁通切换电机齿槽转矩大的问题，依据槽极配合原理，设计并对比了12槽10极和12槽11极2台电机。有限元仿真结果表明，12槽11极电机的转矩脉动仅为12槽10极的16.6%，通过转子分段斜极方式进一步减小其齿槽转矩，同时分析转子斜极角度对电机转矩性能的影响。研究结果表明，斜极优化后的12槽11极磁通切换电机转矩脉动仅有2%，且输出转矩能够满足电动自行车日常行驶动力需求。     

磁动势法五相永磁力矩电机转矩分析

五相永磁力矩电机由于极数与槽数相近,含有丰富的磁动势谐波,磁动势谐波会影响电机的转矩性能。为此,采用磁动势法分析电机的电磁转矩,通过磁能和虚位移原理推导出了电机电磁转矩的解析表达式,揭示了具有相同空间次数的定子和转子磁动势谐波相互作用才能产生电磁转矩的规律。通过对五相永磁力矩电机的定、转子磁动势谐波与电磁转矩关系的分析,指出与与主波转速一致的定子和转子磁动势谐波相互作用能提高五相永磁力矩电机的平均电磁转矩。利用Ansoft有限元软件仿真分析了电机在正弦波、梯形波和方波供电下的定子磁动势、转子磁动势以及转矩性能。结果表明,非正弦供电能够增加电机的电磁转矩,但也带来了转矩脉动,验证了磁动势法分析五相永磁力矩电机转矩的有效性和正确性。     

内置式永磁同步电动机齿槽转矩分析

齿槽转矩会引起永磁同步电动机的转矩脉动,导致振动和噪声的产生,从而影响电机在控制系统中的低速性能和定位精度。为了削弱电机的齿槽转矩,利用有限元仿真软件,并结合齿槽转矩解析表达式,分别研究了极弧系数、定子槽数以及偏心转子结构对齿槽转矩的影响规律,最终得到通过选择合适的电机结构参数有利于降低齿槽转矩、优化电机性能的结论。     

双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。     

永磁同步电机极弧系数选取*

永磁同步电机的极弧系数对电机性能影响较大。结合有限元仿真软件,对8极48槽永磁同步电机选取不同的极弧系数,分析其对电机气隙磁密、空载感应电动势和电磁转矩的影响。通过对比分析,得到这种槽极配合下极弧系数的合适值。     

开关角对斜槽转子SRM稳态转矩的多目标优化

开关磁阻电机转子斜槽结构可有效减小电磁径向力,但会导致转矩特性变化。针对该问题,给出了线性模型下斜槽转子开关磁阻电机稳态转矩的解析方法,然后建立了四相8/6极开关磁阻电机模型,采用三维有限元仿真方法,计及端部漏磁,以电流开通角、关断角和转子斜槽角度为优化参数,以平均转矩变化量最小和转矩脉动最小为优化目标,基于正交试验法设计试验方案,通过极差和方差分析确定了相应参数的优组合,并将优化前后的转矩特性进行了比较,结果表明:小的斜槽角度对转矩特性的影响并不大,优化后电机的平均转矩相比优化前只变化了16.01%,但其转矩脉动下降了23.63%。     

改进新型齿结构对磁通切换永磁电机转矩指标的影响

基于12槽/10极磁通切换永磁电机(FSPMM)提出了定子切边齿、转子U型槽齿、转子凸缘齿3种新型齿形,以有效减小FSPMM电机的齿槽转矩和转矩波动。通过2-D有限元法从平均转矩、齿槽转矩、转矩波动等方面对不同新型齿形的FSPMM的性能进行了全面的分析和评估。结果验证了所提出的3种新型齿形状,特别是转子U型槽齿和凸缘齿可以减小齿槽转矩和转矩波动,平均转矩只有轻微的减小。     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

开槽实心转子电机磁场及性能分析

在转子表面轴向开槽可以改善实心转子异步电机的起动性能。通过三维有限元法研究实心转子异步电机的电磁性能,可以充分考虑铁心饱和、端部效应和磁场轴向分布等因素,与样机实验数据比较,验证了三维有限元仿真建模的正确性和准确性。基于三维有限元模型的分析,得到转子开槽个数和深度对实心转子电机电磁性能的影响,说明了合理的开槽可以有效提高电机的起动转矩,研究结果能够为该类电机的优化设计提供依据。     

大功率低速直驱永磁电动机动态转矩的时步有限元分析

低速直驱电动机具有极数多、每极每相槽数少的特点,由此产生的谐波对转矩特性影响很大.以36槽30极315 kW的低速永磁同步电动机为例,对其槽极配合和绕组系数进行了理论分析,然后采用时步有限元法对起动过程及稳态进行计算分析,获得考虑谐波影响的转矩特性,进而重点研究气隙大小及转子极靴部位开槽数对电机转矩的影响.结果可为进一步研制低速直驱永磁电机提供理论及技术支持.     

Topology Optimization of Rotor Pole in Switched Reluctance Motor for Minimum Torque Ripple

Torque ripple is a major problem for switched reluctance motors, which may cause undesirable vibration and acoustic noise, especially at low speed. This paper presents an optimal topology structure of rotor for 8/6 pole switched reluctance motor by using the level set method. The nonlinear ferromagnetic material boundary of rotor pole is implicitly represented through an embedded level set function. This method is applied to obtaining the optimal distributions of material in the design domain for minimizing torque ripple and maximizing average torque. In the optimization objective function, the reluctivity of ferromagnetic material is selected as the design variable. The normal velocity is derived from sensitivity analysis, where the adjoint variable method is utilized. Two-dimensional finite element method is employed to calculate the electromagnetic parameters of this electric machine. Analysis results obtained from the transient simulation of electromagnetic field coupled with control circuit show that the torque ripple is reduced effectively by using the optimized rotor structure.     

基于辅助槽的切向永磁电机齿槽转矩削弱方法

为削弱永磁同步电机齿槽转矩,提高电机性能,采用了开设转子内部辅助槽的方法。通过能量法分析齿槽转矩的产生原理,探讨了转子内部辅助槽对电机齿槽转矩的影响;利用有限元软件建立8极36槽内置切向式永磁同步电机模型,并基于该模型对辅助槽的形状、各项参数进行分析,采用变步长搜索法得到最优参数,最终得到辅助槽的最佳设计方案。结果表明:在转子内部开设偏心圆形辅助槽,能够有效削弱齿槽转矩,使齿槽转矩峰值降低了57.2%;能够增加气隙磁密基波幅值,减少谐波分量,2、6、8次谐波幅值明显下降;电机感应电动势谐波含量减少,电机性能得到提升。     

罩极式电动机转矩波动分析与抑制方法研究

采用双旋转磁场理论对罩极式电动机定子产生的磁动势进行分析,得到了罩极式电动机的等效电路;推导了气隙旋转磁场和转子电流的数学表达式,进而得到了电动机电磁转矩的数学表达式,结果表明电磁转矩中包含二倍频振动转矩分量。对罩极式电动机的实际转矩波动进行了检测,验证了上述理论的正确性。根据罩极式电动机转矩波动的产生机理和变化规律,提出了一种基于峰谷互补原理的转矩波动抑制方法,研制出了低转矩波动罩极式电动机样机。最后搭建实验平台对电动机样机的转矩波动进行了测试,结果表明其二倍频振动转矩分量能够得到有效消减,验证了所提出的抑制方法的科学性。     

新型SRM直接转矩控制系统的场路耦合联合仿真

转矩脉动是阻碍开关磁阻电机(SRM)发展的主要因素之一。采取合适的控制策略及结构改进能够抑制转矩脉动,但在研究的过程中通常需要通过仿真的方式进行快速验证。采用Simulink、Maxwell及Simplorer场路耦合多物理域联合仿真的方式,针对新型定转子开槽SRM,建立了直接转矩控制(DTC)系统,模拟分析了其在起动、加减速以及增卸负载等工况下的响应性能,验证了对转矩脉动的抑制效果。对于新型定转子开槽SRM本体建模而言,利用Maxwell建立其有限元模型,可以避免复杂的数学模型推导,且在联合仿真的过程中能够实时反映出电机内部的电磁特性,便于为电机本体结构的改进以及控制策略的优化设计提供重要依据。