多层磁障转子同步磁阻电机设计研究

针对复杂的多层磁障同步磁阻电机（SynRM）,在定、转子快速设计方面进行研究。以1台3 kW、4极电机为例,对比不同绕组形式下SynRM的性能。为降低转矩脉动,提出典型C型磁障转子的简化模型。研究各参数对电机输出转矩和转矩脉动的影响,并借助多目标优化算法进一步优化磁障参数,为同类电机的设计分析提供参考。     

磁阻型无刷双馈电机特殊转子优化设计

在介绍磁阻型转子无刷双馈电机的原理基础上,提出了一种新的具有隔磁桥的径向迭片磁阻转子,并提出了针对该转子进行优化设计的整套流程方法。首先应用改进绕组函数法对电机转子的外形进行设计,然后以电机的转矩最大以及脉动最小为优化目标,利用田口法分别对该磁阻型转子的5个形状参数的4组不同取值进行了分析,根据分析结果选取了最优的一组参数,从而实现了转子结构的优化设计。     

开关磁阻电机新型转子齿形对转矩脉动抑制的仿真研究

为了解决开关磁阻电机转矩脉动大的问题,采用麦克斯韦张量法和三维有限元分析法进行理论分析。从优化转子齿形的角度出发,采用了转子带极靴(T形)的新型转子齿形,通过减少径向力波积分面积来实现抑制转矩脉动的目的。利用麦克斯韦张量法比较了4种转子齿形的径向力波和切向力波,并通过实验证明了三维有限元分析法计算电机磁链-电流特性的正确性,在此基础上研究了T形转子齿的结构参数变化对转矩脉动的影响。证明了T形转子齿能够减少径向力波、增加切向力波,有效减少了转矩脉动。     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。     

同步磁阻电机分析与设计(连载之八) 转子磁桥分析

通过对比分析采用尖角型与圆弧型周向磁桥的两种同步磁阻电机的磁密分布、平均转矩、转矩脉动和应力分布,阐述该两种周向磁桥的适用场合。对于多层磁障的转子结构,分析径向磁桥的位置与数量对电机电磁性能和机械性能的影响,进而总结权衡电磁性能和机械性能的径向磁桥优选规律。     

径轴向聚磁型永磁推进电机优化设计与分析

为了进一步实现永磁电机磁负荷和转矩密度的提升,提出了一种径轴向聚磁型永磁推进电机结构,转子永磁体在Halbach径向聚磁结构基础上进一步结合轴向延伸永磁体,实现了永磁磁场的径轴向聚磁。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,利用有限元分析了所提电机结构的电磁性能。首先对比分析了定转子等长结构、定转子不等长(overhang)结构输出性能,并对对称型overhang结构进行了参数化优化,有效提升了电机转矩密度。最后,利用三维有限元模型对比分析了径向overhang和径轴向overhang电机的电磁性能,结果发现径轴向overhang电机空载磁密提升了6%、输出转矩增大了1.3%、转矩脉动减少了0.4%,进一步验证了电机性能的优越性。     

基于混合遗传算法的内置式永磁同步电机的优化设计

分别应用田口法、遗传算法(GA)和混合遗传算法(HGA)对电动汽车用内置式永磁同步电机(IPMSM)转子结构相关参数进行优化设计,使电机的转矩、转矩脉动、铁耗及效率等性能最优。经过以上三种优化方法的优化,除了转矩、转矩脉动、铁耗及效率等性能均得到有效提升外,IPMSM的弱磁扩速能力也大大增强,由田口法和GA结合而成的HGA优化效果最佳。此外,GA和HGA优化方案的永磁体用量减少,可节约电机制造成本。     

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%。     

低转矩脉动同步磁阻电机磁障形状分析与优化设计

同步磁阻电机因其结构简单、调速范围宽,且无需永磁体励磁,与永磁同步电机相比具有成本低、可靠性高等优势。与此同时,同步磁阻电机存在转矩脉动较大和功率因数较低等缺点。针对同步磁阻电机转矩脉动高的问题,提出一种形状优化方法对同步磁阻电机的转子磁障形状进行优化,以降低其转矩脉动。首先提出分段线性插值方法确定转子磁障的边界,使获得的同步磁阻电机磁障形状具有任意性。然后结合序贯田口法和拟牛顿法对同步磁阻电机进行优化,进而减少优化所需时长。最后以降低转矩脉动和提高平均输出转矩为目标,对同步磁阻电机进行优化,与传统同步磁阻电机对比结果表明,应用所提出方法获得的磁障形状能够有效降低同步磁阻电机的转矩脉动。     

优化隔磁桥对永磁同步电机输出转矩的影响

转子分段斜极能有效降低永磁同步电机(PMSM)转矩脉动,但会使电机平均输出转矩降低。为了解决这一问题,在转子分段斜极的基础上优化隔磁桥提高平均输出转矩。分析了转子分段斜极对电机齿槽转矩、空载反电动势、转矩脉动和平均输出转矩的影响,选取出最优的转子分段数和斜极角。在转子分3段,斜极角为5°的基础上,以保持转矩脉动不变为前提,通过优化转子参数H₍R_ib)和D_min找到最优的隔磁桥结构,平均输出转矩由138.5 N·m提升到147.2 N·m,说明所提方法的有效性。优化后齿槽转矩峰值由0.24 N·m降低到0.18 N·m,空载反电动势基波幅值由278.7 V提升到288.6 V且谐波畸变率基本不变,说明隔磁桥优化后能提高电机的其他性能。     

一种同步磁阻电机凸极比的解析计算方法

凸极比是影响同步磁阻电机功率因数和转矩性能的关键参数,本文提出了一种基于等效磁路法的同步磁阻电机交直轴电感和凸极比分析计算方法,可以分析转子磁障结构改变对凸极比和电机性能的影响,快速进行同步磁阻电机的转子结构优化设计。为验证磁路法的可靠性和准确性,论文采用有限元法对一台30 kW同步磁阻电机进行了仿真分析,计算电机在不同转子磁障层数、不同磁障宽度、不同径向磁桥数量时的交直轴电感值、凸极比和输出转矩,并与磁路法得出的结论进行了对比。     

基于复合算法的内置式永磁同步电机的优化设计

内置式永磁同步电机具有输出转矩大,过载能力强,功率密度高等优点,广泛的应用于电动汽车驱动领域。由于内置式永磁同步电机存在齿槽转矩和磁阻转矩,会造成转矩脉动较大,对电机造成不良影响。选择以48槽,8极内置式永磁同步电机为例,首先选择转子的关键结构参数作为优化参数,并以增大平均转矩,降低转矩脉动,减小齿槽转矩作为优化目标。通过田口算法从众多的结构参数中合理选出对优化目标影响较大的优化参数,再采用响应面拟合优化目标曲线,最后采用遗传算法对其优化,使用有限元仿真软件验证其有效性,实现电机的多目标优化。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机.首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接...     

Evaluation of third harmonic component effects in five-phasesynchronous reluctance motor drive using time-stepping finite-elementmethod

Interaction of the third harmonic magnetic field with the third harmonic current in a five-phase synchronous reluctance motor (SynRM) can produce additional torque. However, it is still not clear about the SynRM power factor and its impact on the associated power converter because of the third harmonic components. Using time-stepping finite-element method, a mathematical model of the SynRM, which allows any desired harmonic component in computation, is presented. Performance of the five-phase SynRM with two rotor structures has been computed. The study finds that contribution of the third harmonic current to the output torque depends on the rotor structures. It is also shown that the required terminal voltage to regulate the desired current waveform is substantially increased, a result not reported before     

轴向分段式双爪极永磁电机设计与分析

永磁同步电机在高频率工况时,定、转子铁心损耗和永磁体涡流损耗都会增加,使电机温度升高,从而导致绝缘老化、永磁体退磁等。为了解决高频损耗增加的问题,设计了一台定、转子铁心材料均为软磁复合材料的轴向分段式爪极定子、单段式爪极转子的双爪极电机。类似于双凸极结构会出现转矩脉动过大的问题,采用转子磁极偏移和定子斜极相结合的方式降低转矩脉动。最后,对电机的电磁设计和温度分布进行分析,验证设计的合理性。对于爪极参数的选取,研究主要尺寸比、极弧系数、转子磁极偏移距离和定子斜极角度对双爪极电机的气隙磁密、空载反电动势、转矩及转矩脉动的影响。     

基于气隙变化的开关磁阻电机结构优化设计

针对电动汽车用开关磁阻电机转矩脉动大的问题,深入分析了电感、磁路饱和程度、径向力等对转矩及转矩脉动产生的影响,提出了设计并优化定子斜齿结构的方案,通过建立坐标系,用方程表示定子斜齿前沿所在直线和转子的运动轨迹,推导了转矩随定子结构改变的直接变化关系。对不同定子齿结构进行有限元仿真,验证理论推导,对比转矩脉动、最大转矩、电感、磁密等参数,确定最优定子斜齿结构。研究结果表明:通过电机优化设计,最大转矩增加20.8Nm,平均转矩增加23Nm,转矩脉动下降13%,提高了转矩输出能力,减小了转矩脉动。