基于定子槽结构的永磁同步电机振动噪声优化

为了改善永磁同步电机一阶齿谐波引起的振动噪声,本文基于ANSYS Workbench多物理场耦合平台,对电机电磁噪声进行联合仿真,优化电机振动噪声。分析了一阶齿谐波引起的振动噪声所在的空间与时间阶次,通过对定子结构优化的方式降低电机的振动噪声。分析了定子槽的各种参数对电机气隙磁通密度的影响,并通过回归分析的方式得到其对电机气隙磁密的回归模型,通过优化算法找到最适合定子槽参数。经仿真分析表明优化后的电机气隙磁密得到明显改善,0空间阶次由12倍电磁频率引起的48时间阶次的电磁噪声得到了显著降低,证明了优化方案的可靠性。     

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。     

交流永磁同步电机电磁噪声的分析与仿真

相比于电励磁电机,交流永磁同步电机具有效率高、运行可靠、维护简单等优点,这些优点使交流永磁同步电机得到了快速发展.电机运行过程中都会产生振动,所以对其电磁振动和噪声的仿真分析是研究低噪声交流永磁同步电机的基础.根据理论分析得出电机产生电磁振动的原因主要是由于电机内部产生了径向电磁力.首先建立电机的电磁力计算模型,提取径向磁通密度和径向电磁力,通过电磁力和声网格耦合建立电磁噪声模型,将结果与实验结果进行较验.验证结果一致,表明计算模型可靠,对交流永磁同步电机噪声情况预测提供了依据.     

切向电磁力对永磁同步轮毂电机电磁振动的影响

针对传统电磁振动分析多采用径向电磁集中力加载的方式进行,而忽略切向电磁力对电磁振动的影响的不足,提出了一种基于ANSOFT和MATLAB联合仿真以及ANSYS APDL语言的节点力加载方式,综合考虑电机径向电磁力和切向电磁力对电磁振动的影响。基于该方法,开展永磁同步电机瞬态动力学仿真,分别从时域和频域角度分析径向集中力和节点力加载方式下定子内、外侧变形情况,并建立电磁力、定子结构模态与电磁振动三者之间的内在联系。研究结果表明,时域上切向电磁力使得电机定子齿部切向变形明显大于径向。而在频域上,与切向电磁力密切相关的2阶转矩脉动频率对电磁振动的影响也是不可忽略的。     

考虑饱和的开关磁阻电机径向电磁力解析建模

为了对开关磁阻电机径向电磁力进行快速计算和分析,提出了一种开关磁阻电机电磁力的解析计算模型.该模型考虑了饱和的影响,且能够反映电磁力的分布特征.基于磁通管法推导了磁动势和等效磁导,通过磁势乘磁导建立气隙磁场模型;分析了饱和对气隙磁场的影响,并引入修正系数对模型进行修正;基于麦克斯韦张量法建立了径向分布电磁力解析计算模型,并通过有限元方法证明了该解析模型的准确性.模型可以反映电磁力与电机结构的关系,适合电机设计和改进,以及振动噪声研究时快速计算电磁力.     

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...     

含辅助槽轴向永磁电机的电磁力波分析及抑制

为了有效抑制轴向永磁电机的主要电磁力波,针对2类主要电磁力波来源不同的轴向永磁电机,通过解析的方法推导出可以有效削弱其主要电磁力波的定子齿辅助槽位置规律;将该辅助槽位置规律应用到16极24槽和30极27槽2款主要电磁力波来源不同的轴向永磁电机,分别分析了定子齿辅助槽宽度和深度对主要电磁力波的影响;通过有限元法计算了这2款轴向永磁电机在定子齿添加辅助槽前后的电磁噪声及转矩特性,结果表明,2款轴向永磁电机的主要电磁力波幅值分别下降了38%和76%,电磁噪声均降低了3dB以上,同时,电机输出性能的降幅在3%以内。     

新型聚磁式横向磁场永磁推进同步电动机

针对现有的各种聚磁式横向磁场永磁电动机的定子结构较为复杂的问题,该文提出了一种新型聚磁式横向磁场永磁推进同步电动机结构。其主要特点是转子永磁体磁极采用三面墙式聚磁式结构,定子铁心由U形硅钢叠片构成,在提高了气隙磁密的同时简化了定子铁心的结构。利用三维电磁场有限元数值计算对该种电机的磁场进行了分析,并根据磁场分布计算了该种电机的电磁参数。实验结果与计算结果吻合较好。新型横向磁场永磁推进电机在保证电机性能的基础上简化了定子铁心结构。     

飞轮储能用Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机的设计

为了有效简化系统结构,提高系统功率密度和效率,提出一种外转子Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机应用于飞轮储能系统的电动机/发电机.阐述了外转子无轴承永磁电机的工作原理;分析了Halbach阵列永磁转子的结构和性能;通过有限元方法对电机的气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力和电磁转矩进行计算和分析;最后采用场路耦合瞬态有限元法分析了无轴承永磁电机的转子涡流损耗.仿真结果表明,与传统的无轴承电机相比,Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机在气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力、电磁转矩以及转子涡流损耗方面表现出更好的性能,适合应用于飞轮储能系统.     

一种新型10/4开关磁阻电机电磁力分布及其振动特性研究

径向电磁力是导致开关磁阻电机振动和噪声的主要原因之一.为此,本文提出了一种新型五相10/4开关磁阻电机的本体结构,通过增加定子极对数以增大气隙磁通和电磁转矩,通过提前关断定子绕组励磁电流以减小径向电磁力.同时建立了这一新型开关磁阻电机的电磁有限元模型,仿真结果表明,在同样的励磁条件下,新型开关磁阻电机的电磁转矩较传统开关磁阻电机增大了51.7%,同时其径向电磁力却降低了45.3%.进一步分析了励磁绕组导通与关断时刻对电机的影响程度;提前2°左右机械角关断励磁绕组电流,能在保证电磁转矩输出的基础上较大程度地减小开关磁阻电机的径向电磁力.最后,仿真验证了这一新型开关磁阻电机结构减振降噪的效果.     

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。     

永磁直流电机定子的振动分析

永磁直流电机的定子振动具有鲜明的特性,对它的分析对于分析其他各类电机的振动具有借鉴作用。该文用解析法分析了电机内的磁场和径向电磁激振力,从物理概念上定性解释了直流电机振动的特征。特别地,指出永磁直流电机槽频电磁激振力的阶数与定子振动形态的空间阶数不同。为准确计算电机振动,利用电磁场有限元仿真了电机内的磁场与电磁力分布,并采用结构场有限元对定子振动进行了仿真。针对试验测试,指出为得到定子振动形态特征,需要在定子上测量足够多的测点。并在一台实际的直流电机上进行振动测试,试验结果与仿真结果相符。     

两种拓扑结构的开关磁通永磁电机设计及其比较

针对开关磁通永磁电机研究起步较晚,其结构及特性有待进一步探讨的问题,对两种不同拓扑结构的开关磁通电机进行结构设计与电磁性能分析,建立了电机的数学模型。通过对U、E型拓扑结构开关磁通永磁电机仿真分析和成本计算,对U型和E型定子结构性能进行了对比。结果表明:E型定子结构比U型定子结构的电机的输出转矩减小了37.54%,电机成本降低了13.41%。     

基于Ansys的永磁无刷直流电机定子振动特性研究

永磁无刷直流电机定子振动特性的研究对降低电机噪声和抑制电机的振动有重要意义.以某电动车用永磁直流无刷电机为研究对象,利用Ansys软件建立定子结构的参数化模型,并对影响振动特性的因素进行灵敏度分析.以此为依据对定子进行优化设计,为该类电机的振动特性优化提供依据.     

可变磁通永磁游标电机设计及静态特性分析

为实现永磁电机在体积和槽数不增加情况下产生低速大转矩输出,将混合励磁概念引入永磁游标电机,提出了一种新型可变磁通永磁游标电机。通过将磁通调制极引入到电机定子齿以及在相邻磁通调制极间布置励磁绕组,实现了电机磁通可控,从而保证在增磁及弱磁过程中宽调速范围运行。分析了其工作原理,采用时步有限元方法计算了电磁特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、齿槽转矩和输出转矩,对其增磁弱磁过程进行了分析。制作了一台1 kW样机;并对其静态特性进行了测试。结果表明该电机具有转矩密度大、齿槽转矩小、调速范围宽特点,适用于风力发电、电动汽车领域。     

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。     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。     

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。     

车用永磁同步电机的结构振动分析

以某车用永磁同步电机为研究对象,使用HyperMesh软件建立其有限元模型并进行结构模态分析,使用Ansoft软件进行电磁径向力波仿真分析;将模态分析结果与径向力波仿真结果相比对,从磁固耦合角度对该驱动电机的振动噪声特性进行了分析.分析结果为车用电机的结构优化设计提供了依据.     

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.