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。     

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。     

磁钢充磁方式对内转子永磁电机的电磁性能影响分析

内转子表贴式永磁同步电机具有效率高、体积小、功率密度大等优点,其在工业机器人、数控机床等领域得到了广泛应用。在分析径向、平行充磁两种充磁方式的原理基础上,以24槽4极内转子表贴式永磁同步电机为例,利用有限元分析的方法,建立平行充磁和径向充磁两种充磁方式的分析模型,研究两种不同的充磁方式对电机齿槽转矩、气隙磁密等电磁性能的影响,给出了磁极数和永磁体尺寸对电机气隙磁场的影响。研究表明,对于极对数大于2的永磁同步电机,采用平行充磁的方式,电机的气隙磁密更大、齿槽转矩更小,电机的铁损耗更小,运行性能更优。     

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.     

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。     

车用永磁轮毂电机解析建模与齿槽转矩削弱

为了提高永磁电机设计和优化的效率,避免有限元软件建模、计算耗时长的缺点,建立了定子齿上开有辅助槽的表贴式永磁电机的解析模型。在二维极坐标下以矢量磁位为位函数,在各个子域建立拉普拉斯方程或泊松方程,根据分离变量法求解各子域矢量磁位的表达式,并利用各子域的边界条件求得相关的谐波系数,推导了该永磁电机模型空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势公式。然后,计算了一台车用轮毂外转子32极48槽永磁电机在空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势,并通过有限元法和齿槽转矩实验验证了解析模型的有效性和精确性。此外,基于解析模型优化了该轮毂电机的齿槽转矩,将齿槽转矩削弱了37.2%。     

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。     

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。     

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。     

永磁辅助外转子开关磁阻电机转矩增强的等效磁路分析

为了实现电磁转矩的增强,文章提出了一种在定子槽口增添永磁体的新型永磁辅助外转子开关磁阻电机.首先分析新型电机的结构和工作原理,用等效磁路法建立混合励磁等效模型,并证明增添永磁体后,气隙磁链增大和定子磁链减小.其次建立电磁转矩的平衡方程,并分析了电机的三种励磁工作模式.然后仿真分析永磁体厚度对电磁转矩和齿槽转矩的影响,验...     

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。     

基于双重傅立叶变换的永磁转子涡流损耗分析

为了优化永磁转子结构,降低转子涡流损耗,分析了表面贴式高速永磁同步电机气隙磁场齿槽效应产生的转子涡流损耗.研究了表面贴式永磁同步电机转子永磁体磁化模式,建立了永磁同步电机转子涡流损耗数学模型,分析了永磁同步电机静态气隙磁场,提取气隙磁场样本数据.采用双重傅里叶变换,研究和比较了四极永磁同步电机永磁体在Halbach磁化和平行磁化时,由齿槽效应引起的气隙磁场时空谐波和对应的转子涡流损耗,并采用瞬态有限元法计算了空载时的转子涡流损耗.结果表明:永磁体采用Halbach磁化模式,能够有效降低气隙磁场高次谐波,转子涡流损耗约为平行磁化时的34%.     

基于Ansoft的内置式“一”型永磁同步电机的优化设计

设计一台电动汽车用12槽8极永磁体"一"型内置式永磁同步电机,研究该类电机齿槽转矩、空载反电势产生的机理,分析隔磁桥尺寸、永磁体嵌入深度及永磁体厚度等参数对电机齿槽转矩、空载反电势的影响。基于有限元分析软件Ansoft,以减小齿槽转矩、提高空载反电势、提高电机出力、降低噪声为目的,对该电机进行优化分析。仿真结果表明,当永磁体厚度为5.5 mm、隔磁桥宽度为4.5 mm、永磁体嵌入深度为14 mm时,电机的齿槽转矩最小、空载反电势正弦性较高、幅值较大,运行性能最优。研究成果为该类电机在电动汽车的应用奠定了一定的基础。     

永磁同步电动机内置V型转子结构优化

分析了永磁体张角变化对气隙磁密、感应电动势及转矩波动的影响,并利用Maxwell仿真软件进行分析,结果表明,合理设计永磁同步电动机内置V型永磁体张角可提高电机效率,减小转矩脉动.对永磁同步电机结构设计具有一定的指导意义.     

表贴式永磁同步电机解析建模与极槽配合选取

合理选取极槽配合是电机设计的关键环节,为解决传统有限元技术重复建模带来的耗时和资源占用等问题,建立了永磁同步电机解析模型,来分析不同极槽配合对电机性能的影响.在二维极坐标系,将电机划分成永磁体、气隙、电枢槽和槽开口四类子域,并构建了各子域的拉普拉斯方程或泊松方程,利用分离变量法结合边界条件对各子域进行解析计算,完成电机解析模型的搭建.借助有限元结果验证了该解析模型的正确性,并采用该解析模型研究了不同极槽配合对电机性能的影响.通过对比发现,60槽8极电机的齿槽转矩远小于其他几种,转矩输出特性更好;分数槽配合的负载径向气隙磁密正弦性比整数槽更好,能有效地降低转矩脉动;在一定范围内,多槽结构有利于提升电机的转矩特性.     

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.