基于定子齿齿肩削角的内置永磁电机齿槽转矩削弱方法[JP]

为削弱电动汽车用内置式永磁同步电机的齿槽转矩,提出了一种定子齿齿肩削角的方法。建立定子齿齿肩削角前后的气隙长度等效模型,推导有效气隙长度分布函数,分析定子齿齿肩削角降低气隙磁密低次谐波幅值,削弱齿槽转矩的机理;以三相8极36槽内置式永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿齿肩削角的不同形状和尺寸进行仿真分析,获得最优参数匹配。结果表明,定子齿齿肩椭圆形削角有效降低了气隙磁密谐波幅值,提高了电机反电势波形正弦性,削弱了齿槽转矩;优化后的电机齿槽转矩的峰值降低了77.2%,反电动势的9,13,15,17,19和21次谐波幅值明显下降,电机的输出品质显著提高。所提方法通过改变气隙长度分布函数,减小了气隙磁密特定谐波,可有效削弱永磁电机的齿槽转矩,为同类型电机齿槽转矩的优化提供参考。     

横向磁通永磁电机定子系统受力分析

横向磁通永磁电机磁路与电路分离,提高磁密或提高电负荷时相互不受影响,在保证二者的同时实现电机的高转矩密度,适用于某些特殊场合,故对该类电机的研究受到越来越广泛的关注.径向结构与盘式结构永磁电机,其振动与电磁噪声特性已经得到深入研究,并取得一定成果,而对于横向磁通永磁电机,其结构复杂,定子系统振动及电机电磁噪声特性极少被研究.由于定子所受电磁力是电机振动及电磁噪声的主要原因,拟对一台15 kW横向磁通永磁电机定子系统进行受力分析.为分析该类电机的振动及电磁噪声特性,文中计算了样机空载气隙磁场、反电动势、定子内外齿气隙磁密、定子内外齿所受径向与切向电磁力,并得出相应结论.     

开关磁阻电机定子两侧极靴和转子两侧开槽的优化

针对开关磁阻电机表现出较高的转矩脉动和较大的振动幅度,本文提出一种改进的开关磁阻电机结构,即在定子齿两侧添加极靴和转子极两侧开槽。在定子齿两侧添加极靴,提高电机的最小电感,来增大换相区间的最小转矩,以降低电机的转矩脉动;在转子两侧开槽,改变气隙磁密的方向,增大气隙磁密的切向分量的同时减小气隙磁密的径向分量,来减小径向力的波高,进而减小电机的振动。对于极靴参数和开槽参数最优值的确定,本文通过改进的NSGA-Ⅱ算法将控制参数(开通角和关断角)与结构参数(极靴参数和开槽参数)进行协同优化。通过仿真和实验证明,优化后的电机模型相较于初始模型,电机的平均转矩得到提高、转矩脉动得到降低,且电机的振动得到了减小。     

内置式Halbach永磁同步电机的参数敏感度分层优化设计

针对内置式永磁同步电机齿槽转矩和转矩脉动大引起的振动噪声问题,提出一种转子开辅助槽的内置式Halbach永磁同步电机结构。首先,计算电机电磁转矩、气隙磁密、齿槽转矩的解析函数,并建立电机仿真模型。其次,利用参数敏感度和中心复合设计响应面相结合的分析方法对电机结构参数进行分层优化,两层分别采用最大最小蚁群算法和参数扫描法寻优。最后,将优化后的结构与相同永磁体体积的普通V型、倒三角型和倒三角开槽型3种电机的电磁性能进行对比。结果表明：所提出的内置式Halbach开槽型永磁同步电机在不损失电磁转矩的基础上,大幅度降低了齿槽转矩,抑制了转矩脉动,改善了气隙磁密和反电势波形的正弦度,有效提升了电机的电磁性能。     

基于田口迭代法的高速永磁同步电机电磁优化设计

为优化高速永磁同步电机在额定工况下运行的性能,本文以电机的额定转矩、转矩脉动、定子铁芯损耗和磁密幅值作为待优化性能,采用改进的田口迭代优化算法研究定子外径、气隙长度、磁钢外径、轴向长度和定子槽深对上述性能的影响．通过建立正交试验矩阵,利用ANSYS电磁仿真软件仿真计算出各参数组合下的电机性能,在确保反电势线电压和额定转矩性能在限制范围内,优先选择定子铁芯损耗最低和磁密幅值最小的参数组合．仿真计算显示,用改进的田口法迭代优化后的性能较原始相比,均有较大的提升．其中,额定转矩性能降低了5.2%,转矩脉动减小49.3%,定子铁芯损耗降低了35.5%,磁密幅值降低了13.1%,电机整体性能得到优化．同时与传统全参数正交优化方法相比,该设计减少了仿真的次数,提高了优化设计效率,具有一定的实用性．      

多齿型定子的开关磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种多齿型定子铁芯结构的开关磁通永磁电机,并建立电机参数化模型。以电机定/转子之间间隙、永磁体厚度、定子齿宽等参数作为分析变量,基于有限元分析软件对多齿型开关磁通永磁电机的气隙磁密、齿槽转矩等电磁特性进行分析,为直驱型纯电动汽车所用电机的设计及优化提供参考。     

异步化超高压发电机转子结构优化

为了减小异步化超高压同步发电机气隙磁密的谐波影响,改善感应电动势波形,对异步化超高压同步发电机进行结构优化;采用有限元方法对异步化超高压同步发电机不同转子绕组的连接方式及槽型进行了仿真分析,得到了气隙磁密和感应电动势的谐波含量.结果表明:采用双层叠绕组连接方式和半开口槽型的转子结构时,异步化超高压同步发电机的感应电动势谐波含量能达到国标要求,并能提高该类电机运行的可靠性.     

磁场调制型永磁容错轮缘推进电机设计与优化

针对永磁容错轮缘推进电机定子槽数过多、电机质量较大、转矩密度较低的问题,提出一种磁场调制型永磁容错轮缘推进电机结构.采用解析法分析了电机的工作原理,采用单参数扫描法研究了定子关键结构参数对电感和反电动势的影响,采用响应面法和多目标遗传算法对电机进行优化,得到最优的定转子参数.利用有限元仿真软件分析了电机的气隙磁密、反电动势、电磁转矩以及容错性能.结果 表明,磁场调制型永磁容错轮缘推进电机具有更高的转矩密度和更强的故障容错能力.     

关于同步电机齿谐波计算的进一步讨论

本文对文献[3]导出的齿谐波电势计算公式作了进一步讨论.文中考虑了定子每对极下的槽数S对计算气隙磁密公式的影响,指出当谐波次数n=mS时,则这些谐波电势只与转子气隙磁势和平均气隙磁阻有关.     

永磁同步电机磁通谐波抑制的补偿控制仿真

永磁同步电机的转子永磁体励磁磁场中含有的谐波分量,将增加定子绕组内磁链的谐波分量,增大电机的损耗,导致电机温度升高,同时产生转矩波动.根据内置式电机转子磁场的特点,建立电机模型,并在该模型基础上提出一种对磁场谐波抑制的补偿控制算法,通过降低谐波分量来减少定子铁损.同时对电机因磁场谐波引起的转矩波动进行补偿,从而减小振动和噪声.仿真结果表明该补偿控制算法使得磁链谐波分量明显降低,转矩波动减小.     

定子槽口宽度对同步电机永磁体涡流损耗影响

采用二维时步有限元法,系统地分析变频供电条件下高功率表贴式永磁同步电机定子槽口宽度对电机漏抗、功率因素、绕组电流、气隙磁密等参数的影响,从而确定永磁同步电机（PWM）波供电下槽口宽度对永磁体涡流损耗的影响. 分析表明,定子槽口宽度由6.0 mm变为2.5 mm,电机漏抗增加,由高直流母线电压变频供电引起的电枢纹波电流得到较好抑制,高次谐波电流得到很好过滤,气隙磁密高次谐波幅值减小,永磁体涡流损耗减小可减小近40%. 同时,对两台不同槽口宽度样机进行永磁体温升试验,验证了分析方法和计算结果的正确性.      

基于补偿的内置式永磁同步电机的谐波治理

为了抑制内置式永磁同步电动机的谐波,提出了一种前馈式补偿联合磁通补偿的治理方法。通过对内置式永磁同步电动机的谐波分析,研究了谐波的主要频率组成及产生原因。根据产生谐波原因不同,采用不同的补偿方法。对于齿槽效应引起的谐波,利用自动搜索算法找到相似的补偿量。根据前馈式补偿的方法,对不同组成部分的谐波分别进行了补偿。对于转子磁通变化引发的谐波,利用磁通补偿器来抑制它。最后,在matlab/simulink建立永磁同步电动机仿真模型,对计算结果进行仿真。仿真结果显示,dq轴谐波及电磁转矩谐波都得到了有效的抑制。     

考虑开槽和饱和时鼠笼异步电动机谐波的解析计算

为了在设计阶段降低异步电动机电磁振动噪声,有必要计算气隙磁通密度谐波。该文提出了考虑开槽和饱和时鼠笼异步电动机电流谐波和气隙磁通密度谐波的解析计算方法。建立求解稳态电流谐波的数学模型,再由电流求出总磁动势和气隙磁通密度谐波。电流谐波与磁通密度谐波之间的相互依赖关系可利用多次求解来处理。与实测结果和有限元法计算结果的比较验证了该方法的有效性。该解析法可应用于气隙磁通密度谐波的快速计算,尤其对于中大型异步电动机有重要的实用价值。     

考虑磁致伸缩效应的偏转式发电机的振动特性研究

为了提高风能利用率,解决现有开关磁阻发电机转子旋转的单一性问题,提出一种新型可偏转双定子开关磁阻式风力发电机。首先,基于电磁-固体力学模块,建立定子结构磁固耦合数值模型,对电磁场、磁通密度、磁致伸缩密度进行了理论分析。其次,采用有限元平台对发电机进行了直观建模,基于力学理论建立考虑磁致伸缩效应的电磁-固体力学基本方程。最后,通过有限元法对发电机内、外双定子以及转子自转、偏转进行磁固耦合仿真,得到应力分布及对应的振动位移。仿真结果表明:磁致伸缩效应下的振动位移属纳米级别且所受应力较小,对发电机运行影响可忽略不计。磁固耦合的分析方法可为分析电机振动、进一步优化发电机参数提供理论参考。     

辅助槽对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响

针对齿槽转矩带来的永磁电机转矩波动导致振动和噪声的问题,采用开辅助槽的方法抑制齿槽转矩。分析抑制齿槽转矩的原理,通过改变辅助槽的个数、槽深、槽宽、开槽面积和开槽形状,运用Ansoft Maxwell软件对永磁电机建模,利用有限元分析辅助槽对永磁同步电机齿槽转矩的影响。以一台4极36槽电机为例分析的结果表明:当开2个辅助槽,槽深0.7 mm、槽宽1.2 mm、开槽面积为0.84 mm~2、槽型为矩形槽时,齿槽转矩的削弱效果最明显,比未开槽时的齿槽转矩减小了75.2%;且开辅助槽前后反电动势变化不大,气隙磁密基波幅值降低,5、7次谐波削弱程度显著,波形畸变率下降至17.78%,电机性能得到改善。     

多相永磁无刷直流电机凸极效应的数学模型

考虑到多相永磁无刷电机转子磁路结构及气隙磁密波形对电机运行性能和控制策略的影响,需要建立准确的电机数学模型。该文根据永磁电机磁场的特性,推导了电磁转矩和反电势的一般表达式,建立了考虑凸极效应和气隙磁密谐波的多相永磁无刷直流电机数学模型,用有限元方法计算模型中的参数。结合一台样机进行了仿真和实验,结果表明该数学模型既准确反映了电机的性能,又可用于多相永磁无刷电机整个系统的仿真计算。     

车用内置径向式永磁同步电机的降振优化设计

为降低永磁同步电机径向电磁力所引起的电磁振动噪声,基于电磁场、结构场以及声场有限元分析方法,提出了一种基于隔磁磁桥偏移的优化方法.以一台车用内置径向式永磁同步电机为研究对象,将电机隔磁磁桥所在位置沿转子外径的圆周轨迹向磁极方向偏移,同时对隔磁磁桥相邻间距与隔磁磁桥长度进行优化,在综合考虑电机振动噪声水平与电机性能的前提...