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.     

削弱新型永磁步进电机齿槽转矩的不同设计措施及其对比

齿槽转矩是引起永磁步进电机振动、噪声甚至影响其安全运行的主要因素.在描述该种电机结构的基础上,研究了供电方式对电磁转矩的影响,分析了削弱永磁步进电机齿槽转矩的不同设计措施,给出了其齿槽转矩的数学表述.以一台永磁步进电机样机为例,用有限元法计算了几种不同设计措施对电机齿槽转矩的影响,并进行了对比研究,从而为该种电机的设计提供了可以借鉴的理论依据.图8,表1,参8.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

电动汽车永磁轮毂电机磁场非线性解析计算方法

针对传统解析法通常假设铁磁材料磁导率为无穷大、忽略了磁饱和效应的问题,提出一种考虑铁磁材料磁导率非线性影响的磁场解析建模方法。利用复数形式的傅里叶级数和柯西乘积将材料磁导率嵌入到静磁场求解中,将永磁轮毂电机分为定子齿槽、气隙和永磁体3个求解域,以矢量磁位为求解变量,根据激励源的不同在各求解域建立拉普拉斯方程或泊松方程,联立边界条件求得各域矢量磁位。根据材料非线性B-H曲线,利用迭代算法得到了各工况下定子齿上的相对磁导率分布,计算了空载、电枢、负载磁场分布及输出转矩,并通过有限元法验证了该非线性解析法较传统解析法更准确。     

内置式永磁电机齿槽转矩的优化设计

针对内置式永磁同步电机存在的齿槽转矩问题,采用有限元软件Maxwell分别对不同分段数、不同非均匀气隙情况下的内置式永磁同步电机进行分析.理论分析表明:转子分段斜极可以抑制齿谐波,从而削弱齿槽转矩;而采用非均匀气隙结构则可以通过优化气隙磁密的特定次谐波削弱齿槽转矩.依据理论分析,提出一种二者相结合的方法抑制电机的齿槽转矩.优化结果表明:该方法能有效地抑制电机的齿槽转矩.     

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。     

电动汽车用永磁同步电机超前角弱磁控制

提出了一种电动汽车用内置式永磁同步电机超前角弱磁控制方案,实现了高倍、平滑扩速和降低控制系统成本的目的.该控制方案以电机端电压对变频器直流母线电压的利用率为基础,通过构建一个新的电压指数外环,从而确定定子电流矢量角的偏移度,最终实现弱磁扩速的目的.该方案弱磁过渡平滑,且与电机参数无关,并能实现电动汽车用永磁同步电机的高...     

电动汽车用内置式永磁无刷直流电机设计研究

设计一台电动汽车用内置式永磁无刷直流电动机,分析气隙尺寸、永磁体厚度、定子绕组匝数等主要结构参数对电机效率、转矩电流比的影响,针对电动车辆复杂的工况对比分析不同负载率下电机的运行性能,完成优化样机研制及测试.研究结果表明:在机械加工能力允许的前提下,适当减小气隙长度可提高电机低速区性能;在兼顾成本的同时,适当增加永磁体用量可提升电机整体性能;适当减少绕组匝数可提高电机高速区性能,但会导致低速区的转矩电流比下降.电机在额定负载时整体效率最高,说明设计方案对额定点的选取合理;转矩电流比随负载率的增加而增大,分析认为这与输出转矩中的磁阻转矩分量有关,这是内置式永磁电机与表贴式永磁电机的一个重要区别,设计需要特别注意.样机测试结果表明:恒转矩区和恒功率区的转矩、功率都满足驱动系统要求.     

电动汽车用双层内置式永磁电机的设计与分析

永磁电机具有高效、高功率密度、高转矩密度等优点在车用驱动电机中得到广泛的关注。针对现有车用驱动电机的指标,分析车用永磁电机的工作原理,并设计一款100 kW双层内置式车用永磁驱动电机,利用有限元分析软件建立电机的二维有限元分析模型,分析电机的空载气隙磁密、反电势及齿槽转矩,初步验证了设计的合理性;在此基础上,计算电机的转矩电流特性、电机过载特性及转速-转矩特性,结果表明,所设计的电机的峰值转矩达1 100 N·m,电机的峰值转速可达9 000 r/min,弱磁扩速范围达到3倍以上,满足指标需求。     

爪极永磁同步电动机脉动转矩的计算

脉动转矩的准确计算是爪极永磁同步电动机优化设计的基本前提之一 .在电机内磁场三维有限元数值分析的基础上 ,采用虚位移和麦克斯韦张量两种不同的方法计算了电机的脉动转矩 .计算数据和实验结果符合得较好 ,证实了磁场分析方法的正确性 .