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。     

转子磁极分段移位斜极对永磁同步电机转矩的影响

为了降低齿槽转矩和转矩脉动对电机性能的影响,采用电机转子磁极分段移位斜极方法达到减振降噪、提高永磁同步电机性能的目的.基于此方法对电机的齿槽转矩进行理论计算,并利用有限元法在Maxwell中建立8极48槽内置式永磁同步电机模型,分析转子磁极分段移位斜极方法对齿槽转矩和转矩脉动的影响.研究结果表明:齿槽转矩中除了次数为转子磁极分段数及其倍数次的谐波外,其余谐波基本得到消除,并且随着转子磁极分段增加,齿槽转矩峰值逐渐降低,尤其在磁极分三段时,齿槽转矩峰值下降5.22 N·m,对齿槽转矩的削弱效果最为明显;负载转矩和转矩脉动随着转子磁极分段数的增加逐渐降低,转子磁极分两段时降低幅度较为明显,与转子磁极不分段相比下降60%,并且随着转子磁极分段数增加,转矩脉动趋于平稳.     

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。     

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。     

电动汽车新型永磁同步电机的非均匀气隙建模及性能分析

针对电动汽车永磁同步电机输出扭矩大、恒功率调速范围宽的需求,研制了一种新型内置切向径向并联磁路非均匀气隙永磁同步电机。通过建立非均匀气隙转子正弦分布子域模型,并结合能量法和傅里叶分解法,推导了均匀气隙和非均匀气隙时齿槽转矩的解析表达式,获得了转子偏心距对齿槽转矩、弱磁扩速倍数的影响规律。结果表明:对于提出的内置切向径向并联磁路永磁同步电机,当转子偏心距为4mm时,电机峰值齿槽转矩削减了62%,弱磁扩速倍数提高了16.7%。试制的样机通过试验验证了理论分析的正确性。     

内置式U形永磁同步发电机转子结构优化

针对永磁同步发电机齿谐波含量大、电压畸变率高及存在齿槽转矩的问题,对内置式U形永磁同步发电机转子结构进行了优化.研究了齿槽转矩产生的原因,以6极72槽内置式U形永磁同步发电机为例,利用有限元方法分析磁极偏移程度及非均匀气隙程度对齿槽转矩及电压畸变率的影响.分析了圆形轴向转子通风道位置对永磁同步发电机性能的影响.结果表明:磁极偏移可以使齿槽转矩相位发生周期性变化,当磁极偏移0.5齿距时,所对应齿槽转矩最小,约为原来的25%;永磁同步发电机的齿谐波含量、电压畸变率及齿槽转矩随非均匀气隙程度的增加而降低;当转子通风道位置处于合适位置时,在去磁最严重的情况下,永磁体最小磁密面的磁密最大,说明适当的转子通风道位置可以降低永磁体的退磁风险;对于文中发电机,当转子通风道位置顺时针偏转2°机械角度时,永磁磁钢最小磁密面的磁密最大为0.331 7 T.     

电动汽车新型永磁同步电机的非均匀气隙建模及性能分析

针对电动汽车永磁同步电机输出扭矩大、恒功率调速范围宽的需求,研制了一种新型内置切向-径向并联磁路非均匀气隙永磁同步电机。通过建立非均匀气隙转子正弦分布子域模型,并结合能量法和傅里叶分解法推导了均匀气隙和非均匀气隙时的齿槽转矩解析表达式,获得了转子偏心距对齿槽转矩、弱磁扩速倍数的影响规律。结果表明:对于提出的内置切向-径向并联磁路永磁同步电机,当转子偏心距为4 mm时,电机峰值齿槽转矩削减了62%,弱磁扩速倍数提高了16.7%。最后试制了样机,通过试验验证了理论分析的正确性。     

电动汽车新型永磁同步电机的非均匀气隙建模及性能分析

针对电动汽车永磁同步电机输出扭矩大、恒功率调速范围宽的需求,研制了一种新型内置切向-径向并联磁路非均匀气隙永磁同步电机。通过建立非均匀气隙转子正弦分布子域模型,并结合能量法和傅里叶分解法推导了均匀气隙和非均匀气隙时的齿槽转矩解析表达式,获得了转子偏心距对齿槽转矩、弱磁扩速倍数的影响规律。结果表明:对于提出的内置切向-径向并联磁路永磁同步电机,当转子偏心距为4 mm时,电机峰值齿槽转矩削减了62%,弱磁扩速倍数提高了16.7%。最后试制了样机,通过试验验证了理论分析的正确性。     

电动汽车新型永磁同步电机的非均匀气隙建模及性能分析

针对电动汽车永磁同步电机输出扭矩大、恒功率调速范围宽的需求,研制了一种新型内置切向-径向并联磁路非均匀气隙永磁同步电机。通过建立非均匀气隙转子正弦分布子域模型,并结合能量法和傅里叶分解法推导了均匀气隙和非均匀气隙时的齿槽转矩解析表达式,获得了转子偏心距对齿槽转矩、弱磁扩速倍数的影响规律。结果表明:对于提出的内置切向-径向并联磁路永磁同步电机,当转子偏心距为4 mm时,电机峰值齿槽转矩削减了62%,弱磁扩速倍数提高了16.7%。最后试制了样机,通过试验验证了理论分析的正确性。     

中心部分分段Halbach永磁同步轮毂电机解析计算与优化设计

针对永磁同步轮毂电机转矩脉动和涡流损耗大的问题，提出一种主磁极中心部分分段结构。采用Halbach充磁方式，永磁体主磁极中心部分分段，边界磁极与主磁极不等宽不等厚。首先，在二维极坐标系下构建解析模型，采用精确子域模型法，对解析模型在空载、电流源激励及负载下的气隙磁密和转矩进行计算。其次，建立10极12槽永磁同步电机模型并对其进行有限元仿真验证，提出一种分级优化方法，对电机结构参数进行优化，从而达到降低永磁同步电机气隙磁密谐波畸变率、转矩脉动及涡流损耗的目的。最后，与相关8种磁极结构永磁同步电机模型的各项电磁性能展开对比。结果表明：分级多变量多目标优化算法提高了优化效率与精度；十字型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著减小涡流损耗，有利于牵引电机过载运行；H型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著降低转矩脉动，提高电磁转矩和机车稳定运行能力。     

基于正交试验的永磁有刷直流 微电机齿槽转矩波动的稳健设计

针对齿槽转矩波动影响电机控制精度的问题,提出了基于正交试验的永磁直流微电机齿槽转矩稳健设计方法.以永磁有刷直流微电机为对象,建立基于有限元软件ANSYS的电机二维静态磁场分析模型.将电机齿槽转矩波动幅度作为望小特性,考虑齿楔角误差、气隙长度偏差、计算矫顽力偏差的噪声因素影响下,综合优化齿宽、齿楔角、槽底半径、永磁体中心角和永磁体计算矫顽力.将优化结果与原始设计方案作对比分析,结果表明:与原始设计方案相比,稳健设计后的齿槽转矩波动幅度的信噪比提高了43.5%,因此,电机齿槽转矩的波动幅值对外界干扰的影响更加稳健.     

一种分析永磁电机齿槽转矩的方法

提出了一种基于单个永磁体的永磁电机齿槽转矩分析方法。从单个永磁体与永磁电机产生的齿槽转矩出发,推导了电机合成齿槽转矩的解析表达式,得到了合成齿槽转矩与由单个永磁体引起的齿槽转矩的关系。以两种分数槽绕组永磁电机为例,将解析表达式分析结果与有限元分析结果进行对比。研究结果表明:在由单个永磁体引起的齿槽转矩中,只有一部分齿槽转矩谐波分量出现在合成齿槽转矩中,解析表达式与有限元分析结果一致;验证了理论分析的正确性。所提永磁电机齿槽转矩分析方法是正确有效的。     

磁通切换型轴向磁场永磁电机定位力矩分析

为了有效削弱磁通切换型轴向磁场永磁(AFFSPM)电机的定位力矩,利用解析法与有限元法相结合,对AFFSPM电机的定位力矩进行分析.采用能量差分法建立了该类电机定位力矩的解析表达式;基于ANSYS建立了一台三相12/10极AFFSPM电机全场域三维有限元模型,对其定位力矩进行仿真计算.结果表明:当转子齿宽占内径圆弧10.5,°且为准扇形齿时,该电机的定位力矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,定位力矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小;转子齿表面开合适的辅助凹槽有利于削弱该电机的定位力矩;两侧定子错齿虽然可以削弱定位力矩,但会给电机运行带来副作用.     

永磁电机磁阻转矩的抑制方法

介绍了定子齿面加辅助凹槽和转子磁极分段移位两种抑制磁阻转矩的方法。利用傅里叶分解及能量虚位移法，推导了磁阻转矩的计算公式。从谐波分析的角度，对齿面加辅助凹槽和转了磁极分段移位的原理及其对磁阻转矩波形的影响进行了深入分析，指出齿面所加凹槽数应使6q为奇数，凹槽结构和磁极边缘削角可影响磁阻转矩的波形，采用转子磁极分段移位可有效减小磁阻转矩的基波分量。通过二维有限元计算，证明该结论是正确的。     

电动机齿槽力矩的傅立叶分析

文章利用傅立叶分析方法研究了无刷直流电动机齿槽力矩的产生及消弱方法 ,证明提高定子槽数与电机极数的最小公倍数 ,可以有效减小基本齿槽力矩     

内置式永磁电机齿槽转矩合成研究

采用了一种由单槽内置式永磁电机齿槽转矩合成多槽内置式永磁电机齿槽转矩的解析算法,推导了单槽内置式永磁电机齿槽转矩与多槽内置式永磁电机齿槽转矩的关系。该解析算法将单槽内置式永磁电机齿槽转矩展开为傅里叶级数,进而由单槽齿槽转矩合成为多槽齿槽转矩。通过解析算法合成的全槽齿槽转矩与有限元仿真进行了对比,验证了该算法的正确性。     

双定子永磁同步电机齿槽转矩削弱方法

为了有效降低双定子永磁同步电机的齿槽转矩,用改变内外定子相对位置的方法使内外定子齿槽转矩形成一定的相位差.针对双定子永磁同步电机,推导了内外定子及其合成齿槽转矩的解析表达式,分析了内外定子相对位置变化对合成齿槽转矩的影响规律,着重研究了合成齿槽转矩幅值与内外定子相对位置的关系,最后用有限元方法进行了仿真验证.研究表明,双定子永磁同步电机的合成齿槽转矩幅值随内外定子相对位置呈余弦变化,周期与电机极数和定子槽数的最小公倍数有关.选择合适的内外定子相对位置,可有效地削弱齿槽转矩.     

永磁同步电机极槽组合优化的研究

齿槽转矩是影响永磁同步伺服电机低速平稳性的主要原因。本文先通过能量转换概念分析了永磁电机的转矩特性,进而分析和推导了齿槽转矩的解析表达式。针对4极12槽、15槽、18槽的不同极槽组合进行分析,从理论上得出4极15槽这种极槽组合可明显削弱齿槽转矩。在这种极槽组合的基础上,通过合理的绕组连接,可改变磁链中的谐波分量和幅值,有利于反电势波形更趋于正弦波。最后采用有限元对其进行仿真验证,证明上述提出的方法正确有效。