永磁电机齿槽转矩的研究分析

研究了永磁电机齿槽转矩产生的机理和降低齿槽转矩的一些措施.以4极、48槽表面式稀土永磁同步电动机为例,利用二维有限元法分析了极弧系数、磁极偏移和开辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响.将理论分析得到的齿槽转矩结果与样机的齿槽转矩测试结果进行了比较,两者基本吻合.研究表明:通过选择合理的方法能够有效地降低齿槽转矩.     

基于ANSOFT的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析

齿槽转矩是永磁电机的固有属性,引起电机的转矩波动,产生振动和噪声.为减小齿槽转矩,提高永磁伺服电机的控制精度,在研究永磁电机齿槽转矩产生机理的基础上,根据永磁电机齿槽转矩的解析式,研究定子齿部开辅助槽和转子磁极偏移对永磁电机齿槽转矩的影响;利用有限元软件ANSOFT,建立36槽8极永磁伺服电机的有限元分析模型,计算不同尺寸辅助槽和磁极偏心距离时的齿槽转矩,分析辅助槽尺寸和磁极偏心距离对齿槽转矩的影响.研究结果表明,合理的辅助槽尺寸和磁极偏心距离可有效削弱永磁伺服电机的齿槽转矩.     

削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究

齿槽转矩是电机转矩脉动的主要来源,严重时会使电机产生振动和噪声,出现转速波动,使电机不能平稳运行,影响电机的性能.为了减弱轴向磁场永磁风力发电机的齿槽转矩,在提议的10 kW双转子单定子轴向磁场风力发电机电磁方案的基础上,使用三维有限元法从定子半磁性槽楔、斜极和两转子盘相对偏移对电机齿槽转矩的影响等方面进行研究,并对电机进行优化设计和仿真,仿真结果证明,通过增加磁性槽楔并在槽楔中间开槽,转子磁钢斜极和偏移两转子盘相对位置等措施可以有效减弱轴向磁场永磁电机的齿槽转矩.     

兆瓦级永磁直驱风力发电机瞬态场分析

永磁直驱风力发电机是风力发电的中核心装备,其设计分析具有重要意义.分析了永磁同步电动机转子磁极结构和永磁材料性能,利用Ansoft软件对兆瓦级永磁直驱风力发电机进行瞬态场电磁分析.得到了空载、负载运行时永磁直驱风力发电机磁场分布.为永磁直驱风力发电机的设计提供有效参考.     

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.     

定子槽开口宽度对永磁无刷直流电机定位转矩的影响

齿槽转矩是由永磁体磁场与磁槽之间相互作用而产生的,它会引起转矩脉动,甚至可能发生与电机共振的现象.影响齿槽转矩的因素很多,如磁极、槽的数量,齿槽形状以及磁钢的极弧系数等等.本文以永磁无刷直流电机为对象,利用Ansoft有限元仿真软件,通过有限元分析对改变槽口宽度对定位力矩的影响进行了研究.     

直驱轴向磁场永磁同步风力发电机的设计

当电机极数足够多,电机轴向长度与外径的比率足够小时,轴向磁场电机的转矩和功率密度比传统径向磁场电机大.另外,轴向磁场永磁电机还有许多其它优点,如结构简单,轴向长度短,节约材料等,因此轴向磁场永磁同步发电机特别适合于直驱风能转换和电动车应用场合.阐述轴向磁场永磁同步发电机的结构和设计特点,重点介绍磁极和电枢绕组的设计,为轴向磁场永磁同步发电机的设计打下基础.     

基于Maxwell/Rmxprt的直驱永磁风力发电机设计及仿真

为设计海上风电场高性能直驱永磁同步发电机,文章研究了360kW/690V直驱永磁同步发电机的设计及仿真,分析了直驱永磁同步风力发电机的结构特点及设计方法。按电机相似性原理,参照同类3kW/400V发电机设计方案,设计了360kW/690V表贴式永磁同步发电机,同时在定、转子结构上引入斜槽与斜极结构,以优化发电机性能,并在Maxwell/Rmxprt下进行了电机结构优化前后的参数计算与性能分析。通过Maxwell 2D仿真,对比电机优化前后的空载性能,仿真结果表明了所提优化性能方案的有效性。     

一种低速定子无铁芯AFPMSG的性能参数分析

针对永磁发电机电能质量低及永磁材料成本高的问题,研究了一种双外转子内定子无铁芯轴向磁通永磁发电机气隙磁密、电压调整率和电磁转矩波动的性能参数.阐述了发电机电磁结构及优点,借助三维有限元分析方法,优选一种"切饼"型磁极结构及关键参数.在综合考虑提高永磁材料利用率基础上,对比分析极弧系数、永磁体厚度和气隙长度等参数对所研究发电机性能的影响.磁极结构及参数优化表明,文中所研究的"切饼"型磁极结构功率密度最大,永磁体用量比梯形结构减小了11.5%,电压波形畸变率减少26.2%,提高了发电机性价比.样机的输出性能测试验证了该参数设计的正确性和有效性.     

大功率直驱永磁风力发电机的电磁结构分类及特征分析

从理论上分析了大功率直驱永磁风力发电机(DDPMWG)低转速、大转矩、大体积、重质量的特征.以图示的方法提出了依据气隙磁通导向、定子磁通导向、永磁体安装方式和有无齿槽等进行分类的4种DDPMWG的分类方法.用这些分类方法对DDPMWG进行了分类,并对其中具有一定优势的6类DDPM-WG进行了电磁结构特征的理论和图示分析.这种分析有助于设计出结构更为合理,更适合于直驱永磁风力发电系统的发电设备.还提出了2种DDPMWG结构性能优劣的比较标准,即成本/转矩的比值和转矩/质量的比值,给出了具有低的成本/转矩的比值和高的转矩/质量的比值的永磁体聚磁安装的横向磁通DDPM-WG更适合于直驱风力发电系统的结论.     

定子槽偏移的内置式永磁同步电机的优化与分析

为降低永磁同步电机齿槽转矩和提高电机输出性能,以三相8极36槽内置组合式永磁同步电机为例,提出了一种电机定子槽偏移的方法。首先,通过理论推导定子齿气隙磁导函数,建立电机定子槽偏移数学模型;其次,对不同定子偏移槽数下不同偏移角度的齿槽转矩峰值、输出转矩以及转矩脉动的影响做出分析,利用自适应遗传算法确定电机定子偏移槽数偏移角度下的目标值;最后,通过试制样机进行实验。结果表明,优化后的电机齿槽转矩峰值降低了49.56%,转矩脉动降低了39.2%,平均输出转矩得到适当提升,气隙磁密谐波得到适当降低,同时,平均输出转矩增大,电机输出性能得到提升。所提定子槽偏移结构及多目标联合仿真方法具有一定的合理性和有效性,可为同类型电机的齿槽转矩优化和输出性能提高提供参考。     

表贴式与内置式永磁风力发电机的电磁计算与分析

以湘潭电机股份有限公司研制的某型号内置式直驱永磁风力发电机作为研究对象,提出可将表贴式磁极结构应用于永磁风力发电机.为了使得计算结果具有可对比性,计算了一个与内置式电机额定参数相同的表贴式电机方案.对这两种不同结构的电机进行了不同状况下的电磁场计算,计算结果表明表贴式电机的空载感应电势、效率和功率因数均高于内置式电机,但抗去磁能力弱于内置式电机.表贴式电机的磁钢用量低于同规格的内置式电机,可降低电机制造成本.     

电动汽车非对称混合磁极永磁电机优化与分析

针对传统稀土永磁电机稀土材料用量大、齿槽转矩过高等问题，提出了一种非对称混合磁极永磁电机结构。首先，建立等效磁路模型；其次，对电机进行参数化建模，选取铁氧体宽度等电机参数进行灵敏度分析，根据灵敏度结果，分别采用BBD算法与MOGA-Ⅱ法相结合的混合算法和CCD多目标算法优化；最后，确定电机的最优尺寸参数，分析比较非对称混合磁极永磁电机与传统V型电机的电磁性能。结果表明，相较于传统V型结构电机，非对称混合磁极永磁电机的转矩脉动与齿槽转矩分别降低14%和71%，且钕铁硼材料使用量减少14.3%。因此，所提出的新型电动汽车非对称混合磁极永磁电机结构有效解决了稀土材料用量大、齿槽转矩过高等问题，为汽车用永磁电机提供了一定的理论参考。     

用“软铁磁极”减少永磁电机齿槽转矩的方法

针对表贴式永磁同步电机存在齿槽转矩不易削弱的问题,提出了一种采用"软铁磁极"结构降低齿槽转矩的新方法.阐述降低齿槽转矩的基本原理,并通过数学推导给出了齿槽转矩优化效果与"软铁磁极"宽度选择的一般规律.与同结构采用偏极的方法以及采用斜槽的方法进行仿真对比,针对它们的反电动势、磁通密度分布、齿槽转矩等不同方面进行仿真分析新方法所具有的优势,同时通过样机实验验证结论.结果表明,样机采用"软铁磁极"的方法时,在选取3,mm"软铁"宽度时对削弱效果最好的齿槽转矩为30,m N·m.     

集成电机推进器用无刷直流电机齿槽转矩削减新方法

为消减集成电机推进器用无刷直流电机存在的齿槽转矩以保证整个推进器的性能,综合考虑了推进器的性能要求、尺寸要求、加工工艺等实际情况,以消减齿槽转矩并尽可能减小其对电机输出转矩的影响为目标,提出了一种槽口倾斜综合优化方法。采用Box-Behnken设计了实验,并利用响应面法处理实验数据,得到了齿槽槽口倾斜角度、极弧系数和槽口宽度3个因素间关系的数学模型,从而计算出了使齿槽转矩最小的槽口倾斜角度、极弧系数和槽口宽度最优解组合。最后,用电磁场分析软件infolytica/MagNet求解了各个实验点的参数值,并验证了最优组合预测值。计算结果表明,对于所设计的功率为2kW的集成电机推进器用无刷直流电机,优化后的槽口倾斜角度为5°,极弧系数为0.65,槽口宽度为3mm,采用此优化参数可使电机齿槽转矩减小28.69%。     

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.     

5MW直驱永磁风力发电机的电磁设计与计算

5 MW直驱永磁风力发电机为大容量永磁发电机,在进行电磁设计时需考虑到其独特性.阐述了该电机主要尺寸、极槽数和永磁体尺寸的确定方法,同时给出了主要电磁参数的磁路法计算结果.由于磁路计算无法得到电机的准确运行参数和运行特性,对电机进行了电磁场有限元计算,并论述了不同运行情况时的计算方法.有限元计算结果表明电机电磁设计合理,电磁性能满足额定要求.     

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。     

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。