计及加工误差的永磁电机齿槽转矩抑制研究

加工误差导致的定子形变会显著影响永磁电机的齿槽转矩。文章通过建立理论解析模型对考虑了定子形变的齿槽转矩进行了分析,并发现定子形变引入的极数的倍数次的转矩谐波分量是齿槽转矩增大的主要原因。在进一步研究中,文章提出了一种齿槽转矩的抑制方案,即根据定子冲片形状,采用按一定规律将定子沿轴向逐段偏移的方法来削弱齿槽转矩。有限元分析和样机测试均证实了该方法的有效性。     

定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响

在简述齿槽转矩产生机理的基础上,根据解析表达式讨论了定子槽数对齿槽转矩的影响。并建立电机电磁场模型,通过有限元法,定量分析永磁电机齿槽转矩,对不同结构的辅助槽对应的齿槽转矩进行对比计算,并对定子齿开槽对齿槽转矩的影响进行分析。结果表明,合理的定子齿开槽可以有效抑制齿槽转矩。     

基于改变定子齿槽参数的异步起动永磁同步电动机齿槽转矩削弱措施研究

齿槽转矩是永磁电机的共有问题,是该类电机设计中需要重点考虑的问题之一。异步起动永磁同步电动机能够利用笼型转子产生的异步转矩实现自起动,齿槽转矩的存在会对电机的运行产生不利影响。研究了通过改变定子齿槽参数削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,分别推导了改变定子齿宽、定子不等齿宽配合及定子不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式,给出了相应地能有效削弱电机齿槽转矩的定子齿槽参数确定方法。有限元计算结果表明,上述措施能有效削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并且不会对电机性能产生较大影响。     

基于有限元方法的双定子永磁同步电机齿槽转矩研究

永磁电机不通电时永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起低速永磁电机起动困难.为了有效地削弱低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究基础上,建立了低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的一些因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为电机最优设计提供重要依据.     

基于有限元方法的双定子永磁同步发电机齿槽转矩研究

永磁电机不通电时永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起永磁电机低速起动困难。为了有效地削弱双定子低速稀土永磁同步发电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究的基础上,建立了双定子低速稀土永磁同步发电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为发电机最优设计提供重要依据。     

分数槽集中绕组永磁同步电机齿槽转矩研究

从齿槽转矩解析式出发,推导了各次谐波分布及齿槽转矩周期;并利用有限元软件分析了永磁同步电机的定子椭圆、槽口不等分布及转子静态偏心对齿槽转矩的影响,仿真结果显示定子椭圆是影响电机齿槽转矩的主要因素,且电机的齿槽转矩随定子椭圆量近似线性递增。对样机进行了齿槽转矩测试实验,仿真值与实测值相差2.09%,验证了采用定子椭圆模型分析齿槽转矩的可行性及正确性。     

基于分段有限元法的轴向永磁电机齿槽转矩分析

近年来,轴向永磁电机在高性能伺服控制系统中应用越来越广泛,本文针对永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用产生齿槽转矩,引起电机振动和噪声,进而影响系统控制精度等问题,提出了一种基于分段有限元法分析齿槽转矩的新方法。为减小齿槽转矩,研究了包括极弧系数、永磁体倾斜、定子槽口宽度、定子开辅助槽等因素对齿槽转矩的影响。计算结果与三维有限元法进行对比,验证了所提出方法的正确性与齿槽转矩削弱的有效性。     

基于有限元的双定子永磁同步电机齿槽转矩研究

为有效地削弱低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩,在目前国内外永磁电机齿槽转矩研究基础上,建立了低速双定子稀土永磁同步电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中影响齿槽转矩大小的一些因素,利用有限元方法进行了仿真分析,得到了影响齿槽转矩大小的变化规律,为电机最优设计提供重要依据。     

混合永磁记忆电机齿槽转矩的抑制

在分析齿槽转矩产生的原理基础上,以8极48槽内置式混合永磁记忆电机为例,利用有限元方法分析了定子齿开槽法、定子齿开反槽方法对电机齿槽转矩的影响,并提出了定子齿开反槽与转子开孔结合的方法。有限元仿真表明,定子齿开反槽与转子开孔结合法可以明显地削弱内置式混合永磁记忆电机的齿槽转矩。     

直流无刷电机中齿槽转矩的能量分析

齿槽转矩是齿槽类无刷永磁电机的固有指标,在定子绕组断电状态下,由永磁体的永磁场与定子铁芯的齿槽结构相互作用形成电磁力,进而在圆周方向产生周期性的固定转矩。本文从能量守恒的角度出发,根据齿槽转矩的产生机理推导出齿槽转矩与电磁结构的公式关系,以3对极和6对极两款直流无刷电机为例,利用二维有限元法分析了齿槽转矩在圆周方向的能量分布,研究表明,相同槽数的电机在一个周期内符合能量守恒定律,极对数的不同会造成齿槽转矩不同,通过选择合理的方法能够有效的利用齿槽转矩达到电机断电制动的效果。     

Issues in reducing the cogging torque of mass-produced permanent-magnet brushless DC motor

A variety of techniques are available to reduce cogging torque in permanent-magnet brushless DC motors. Theoretically, all the techniques are quite effective for minimizing the cogging torque. This paper presents the efficacy of these methods in mass production subject to manufacturing tolerances/variations. The cogging torque minimization becomes a challenging task when the requirement is very stringent in applications such as electric power steering and robotics. Some of the known techniques for reducing the cogging torque are the magnet pole design, skewing, step skewing, and dummy slots in the stator lamination. They will be discussed in this paper considering manufacturing tolerances/variations when used in mass production. Finite-element analysis is carried out to determine the worst case scenarios. The research demonstrates that the cogging torque amplitude and frequency are highly sensitive to magnet shapes, dimensions, locations and magnetization pattern, as well as slot/pole combination. In reality, the cogging torque may not be eliminated completely but minimized to a satisfactory level depending on the application requirements.     

聚磁式横向磁场永磁电机自定位转矩研究

本文主要研究了聚磁式横向磁场永磁电机自定位转矩及其与电机结构尺寸之间的关系问题,首先通过二维场模型定性分析了聚磁式横向磁场永磁电机自定位转矩的特点;并采用三维等效磁网络法进行了样机的三维场分析,分析了磁场分布情况,并计算了不同定子极宽时的自定位转矩;设计了样机,样机试验数据与设计基本吻合.     

Comparison of vibration sources between symmetric and asymmetricHDD spindle motors with rotor eccentricity

The permanent-magnet motor is often the most important element in hard disk drive (HDD) spindles and is also a frequent source of vibration and acoustic noise. Eccentricity between the stator and rotor is inevitably introduced during the manufacturing process, and includes mass unbalance, shaft bow and bearing tolerances. This paper analytically discusses the effects of rotor eccentricity on motor performance for symmetric and asymmetric motors, such as local traction, unbalanced force, cogging torque, back electromotive force (EMF), phase current and torque ripple. An asymmetric motor, mostly chosen to reduce the cogging torque, shows a worse effect on cogging torque and unbalanced force when the eccentricity exists. It also adversely affects the flux linkage and introduces variation of the phase back EMF depending on winding and rotating eccentricity, thus yielding increased mutual torque ripple     

Optimization of the magnetic system of a brushless DC motor with rare-earth permanent magnets

This article discusses the causes of cogging torque pulsations in a deenergized brushless dc motor (BLDC) with a tooth stator and magnetoelectricity stimulation. Based on the causes that we identify, we propose a method of reducing cogging torque pulsations in order to improve the rotation speed uniformity of a BLDC. The method is based on optimization of the number of stator slots, which determines the type of stator winding for a given number of poles in magneto-electric machines. For the maximum possible reduction of cogging torque pulsations, it is proposed to bevel the stator slots at an angle divisible by the main tooth harmonic period. All analytical calculations were performed with the use of numerical methods for mathematical modeling of the magnetic field in the magneto-electric machines with the use of Elcut specialized software. Based on the calculation results, recommendations for the design of a BLDC with a minimum level of cogging torque pulsations were elaborated. Our theoretical studies have been checked by experimental investigations of a DBM 142-18-3 motor and applied to the design of the BLDC (DBM series) manufactured by JSC Electroprivod, Kirov. Electric motors of DBM series are used as precision electric drives for metalworking equipment, where a high uniformity of rotation speed is a major requirement.     

削弱反磁通电机齿槽转矩的两种新方法

由于定子上永磁体的存在和定转子双凸极齿槽结构,反磁通电机不可避免地存在齿槽转矩,齿槽转矩会引起电机的振动和噪声问题,对于低速运行和要求平稳运行的场合不容忽视,严重时甚至会影响电机的正常运行.本文提出削弱反磁通电机齿槽转矩的两种新方法:转子分段法和定子极弧宽窄成对加转子分段法,通过电磁场有限元分析,证明这两种方法在基本不影响反磁通电机感应电动势的前提下,很好地削弱了齿槽脉动转矩.这两种方法制造工艺简单可行.     

横向磁场磁通反向电机的特性分析

提出一种横向磁场磁通反向电机结构,电机中的永磁体与电枢绕组均位于定子侧,转子齿嵌入开槽的非导磁材料转子筒中,定转子铁心均可由硅钢片叠压制成。相比传统横向磁场电机,横向磁场磁通反向电机具有结构简单、加工方便的优点。介绍了电机的基本结构,阐述了电机的基本工作原理。利用傅里叶级数法推导了电机的反电动势、电磁转矩以及定位转矩的表达式。利用三维有限元方法,分析了电机的永磁磁链、反电动势、定位转矩和电磁转矩等基本特性。在其基础上研制一台样机并进行初步实验研究,实验结果与有限元结果相吻合,验证了理论分析的正确性。     

背绕式有槽永磁同步电机的电磁场解析模型

以1台5 kW背绕式高速永磁同步电机为研究对象,建立其电磁场解析模型。将电磁场求解域划分为气隙子域、永磁体子域、槽口子域和槽子域,求解相应的拉普拉斯方程或泊松方程,解析模型计及电枢反应场、永磁场和定子开槽的影响。计算了该电机的气隙磁密、绕组磁链、绕组反电动势、齿槽转矩和电磁转矩,并将结果与二维有限元法计算结果和试验数据比较,比较结果说明了解析模型的准确性。最后以槽口开度为变量,研究其对气隙磁密分布和齿槽转矩的影响。     

基于响应面法的定子永磁型轴向磁通切换电机齿槽转矩优化设计

针对聚磁反应造成定子永磁型轴向磁通切换电机(SPAFFSPM)的齿槽转矩偏大、噪声大等问题。以减小定子永磁型轴向磁通切换型电机的齿槽转矩,提高电机的输出性能为目标,利用能量摄动法推导出电机的齿槽转矩解析表达式,分析影响齿槽转矩的定转子结构参数。基于响应面法与有限元法构造出定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数与齿槽转矩之间的响应面数学模型,推导出使齿槽转矩最小的定子槽弧宽、转子齿倾斜角及永磁体形状系数最优组合。最后建立优化前后电机三维有限元分析模型,搭建样机的实验平台,验证优化方法的合理性及准确性。结果表明,优化后的电机齿槽转矩减小约82.5%,且电机的输出性能得到明显提高。     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.