基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计

内置式永磁同步电机具有效率高、功率密度高、转矩密度高、弱磁调速性能好等优点,在电动汽车驱动领域应用广泛。但由于齿槽转矩和磁阻转矩的存在,相比于其他类型的永磁电机,内置式永磁同步电机的转矩脉动较大,从而影响电机运行的稳定性和使用寿命。为了提高电机的转矩特性,本文提出了基于田口算法的内置式永磁同步电机多目标优化设计。首先,合理选择电机转子关键结构参数作为优化变量。并以电机最大平均转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标,利用田口算法对电机进行优化,最终得到了优化后的转子结构参数。有限元仿真结果证明了所述优化方法的有效性。本文对车用内置式永磁同步电机的优化设计具有一定的理论意义和工程参考价值。     

基于多目标遗传算法的表贴式无轴承永磁电机优化设计

为了改善表贴式无轴承永磁电机的悬浮力和转矩的性能，提出了一种结合多目标遗传算法的响应面法，对电机结构进行优化设计。首先，构建优化目标的响应面，并得到优化目标的回归方程；其次，利用多目标遗传算法对优化目标的回归方程进行寻优，得到了理想的悬浮力、悬浮力脉动和转矩；最后，对多目标优化得出的最优结果进行有限元分析，验证了该优化算法的可行性。     

基于灰狼算法的无轴承永磁同步电机多目标优化

为了降低无轴承永磁同步电机的悬浮脉动并提高电机的转矩,使其性能更加优越,提出了基于解析-灰狼算法对电机进行多目标优化设计。通过对比解析法和有限元法的计算结果,验证了解析法计算的准确性。将电机的气隙宽度、槽口宽度、极弧系数和永磁体厚度4个变量作为优化参数对电机进行多目标优化。对比优化前后的结果,电机的悬浮力脉动和转矩得到了明显的改善,验证了该算法的可行性。     

减小转矩波动的内置式永磁同步电机空气隔磁槽优化设计

内置式永磁同步电机转矩波动的存在影响电机系统的控制精度,因此如何减小电机转矩波动一直是研究热点。针对具有隔磁桥结构的内置式永磁同步电机,本文提出了一种减小内置式永磁电机转矩波动的空气隔磁槽优化设计方法,即以降低电机转矩波动为优化目标,以空气隔磁槽结构几何参数为优化变量,基于Taguchi法实现了内置式永磁同步电机低转矩波动设计。在此基础上,对优化前后电机空载和额定负载工况进行了有限元仿真对比分析。结果表明,所提出方法可以在保持额定输出转矩不变的前提下有效降低电机空载齿槽转矩和负载转矩波动,提高电机的性能。     

基于改进粒子群优化算法的外转子永磁同步电机的多目标优化设计

为降低外转子永磁同步电机(ERPMSM) 作为皮带输送机驱动电机时的永磁体成本并提高电机性能,提出基于响应面法(RSM)和改进多目标粒子群优化(IMOPSO)算法的优化设计方法。在建立电机基本结构的基础上,将永磁体尺寸、气隙长度、槽口宽度等作为优化参数,将永磁体成本、输出转矩、转矩脉动等作为优化目标。通过参数灵敏度分析筛选出显著参数,基于RSM结合有限元仿真建立样本空间,并拟合出优化目标和优化参数的函数关系,通过IMOPSO寻优。最后对比优化前后的方案结果,所提多目标优化算法准确可靠且具有更好的收敛性和多样性,能够在降低永磁体成本的同时优化电机的性能。     

基于复合算法的内置式永磁同步电机的优化设计

内置式永磁同步电机具有输出转矩大,过载能力强,功率密度高等优点,广泛的应用于电动汽车驱动领域。由于内置式永磁同步电机存在齿槽转矩和磁阻转矩,会造成转矩脉动较大,对电机造成不良影响。选择以48槽,8极内置式永磁同步电机为例,首先选择转子的关键结构参数作为优化参数,并以增大平均转矩,降低转矩脉动,减小齿槽转矩作为优化目标。通过田口算法从众多的结构参数中合理选出对优化目标影响较大的优化参数,再采用响应面拟合优化目标曲线,最后采用遗传算法对其优化,使用有限元仿真软件验证其有效性,实现电机的多目标优化。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力建模

针对内置式无轴承永磁同步电机悬浮控制时的因径向悬浮力数学模型建立不准确而导致的控制性能不佳的问题,提出了内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力的精确数学模型建立方法。介绍了内置式无轴承永磁同步电机的结构和工作原理。对内置式无轴承永磁同步电机气隙磁场进行了分析,采用麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力的精确数学模型。采用有限元分析方法对推导的径向悬浮力数学模型进行验证分析,并对内置式无轴承永磁同步电机的最大径向悬浮力有限元仿真计算结果、理论计算结果和实际测量结果进行了比较。分析结果表明,采用麦克斯韦应力张量法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精度髙。     

永磁同步电机电磁振动噪声优化方法研究

分析了永磁同步电机电磁振动噪声原理，计算了一台4极/6槽内置式永磁同步电机多转速下的电磁振动噪声，并通过二维傅里叶分解分析其径向电磁力谐波分量。提出一种新型定转子结构，建立以噪声和转矩脉动为目标的多目标优化数学模型，并采用响应面算法确定最优的设计参数。对优化前后电机的电磁振动噪声进行了仿真对比。结果显示，电机结构优化后，转速3 500 r/min运行时电磁振动噪声减小较为明显，从62.02 dB削弱至53.53 dB;平均转矩基本无变化，转矩脉动有所减小；多转速运行时，电机振动噪声整体性能亦得到改善，验证了该结构优化对电机电磁振动噪声有较为明显的抑制作用。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机。首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接着通过有限元仿真对比了优化前后电机性能的变化。仿真结果显示,优化后的平均转矩和平均悬浮力分别提高了15.7%和8.44%,转矩脉动和悬浮力脉动分别降低了0.65%和1.83%。最后,通过实验证明了优化后电机能够稳定运行并且相较于传统的有铁心电机运行稳定性更好。     

新型轴向分相磁悬浮飞轮电机及其优化设计

为改善磁悬浮飞轮电机的悬浮和转矩性能,提出一种新型轴向分相磁悬浮飞轮电机及其优化设计方法,在阐述电机基本结构及工作原理的基础上,结合动态双响应面与萤火虫算法对定子齿形参数作进一步优化。首先通过Box-Behnken设计选取代表性的齿形参数组合以建立样本数据空间,并结合多项式响应面法及支持向量机(SVM)建立电机性能响应模型。然后以电机转矩和悬浮出力为优化目标,采用萤火虫算法获取最优齿形参数。有限元仿真结果表明,优化后电机的平均转矩和悬浮力分别提高了37.5％和110.13％,验证了所提结构及齿形优化方法的有效性。     

聚磁式永磁轮毂电机多目标优化设计

集成二级行星减速器轮毂驱动系统对电机电磁和力学性能提出了更苛刻需求。为进一步提升永磁轮毂电机转矩密度和弱磁范围,提出一种聚磁式永磁轮毂电机拓扑结构,分析转子关键参数对转矩密度、弱磁能力和转子强度的影响规律,确定电机初始优化目标;进一步利用有限元及响应面法构建输出转矩、特征电流及转子应力的代理优化模型,并利用改进布谷鸟算法进行多目标优化设计;对比分析优化前后电机电磁和机械性能。最后,试制75 kW聚磁式永磁轮毂电机,试验结果验证所提多目标优化算法的可行性和有效性。     

无轴承永磁同步电机增磁调压转速控制策略

无轴承永磁同步电机控制系统存在由多因素引起的转矩脉动,且空载或轻载运行时电流跟踪性能差。基于旋转编码器,给出转子位置角可靠检测方法及转速优化计算公式。通过分析永磁同步电机数学模型,同时考虑无轴承电机负载效应,提出增磁控制与电压调节相结合对电机转速进行控制的策略,并给出其优化实现方法。实验结果表明,采用该控制策略,无轴承永磁同步电机的电机绕组电流脉动程度得到减弱,转速稳定性好、控制精度高,同时可改善其悬浮性能,是一种简捷、有效的无轴承永磁同步电机转速控制策略。     

表面-内置式永磁同步电机优化与特性分析

针对表面式永磁同步电机弱磁调速范围小、功率密度低,内置式永磁同步电机转矩脉动大、漏磁凸出、机械强度差等缺陷,提出一种新型表面-内置式永磁同步电机。采用有限元法建立表面-内置式永磁同步电机仿真模型,计算表面-内置式永磁同步电机的电磁参数,建立电机的等效磁路模型。对内置永磁体体积和表面永磁体体积的比值、永磁体的形状进行优化设计,分析电机的转矩波动和力能指标与内外永磁体体积比值和永磁体形状的关系。分析有限元计算结果,验证了设计及优化的电机参数的合理性和此结构电机性能的优越性。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

基于DX永磁同步电机优化设计

根据技术要求设计了一款额定功率为22 kW的内置式永磁同步电机。首先,根据电机设计原则确定了其主要尺寸,采用探索设计(DX)工具,对内置式永磁同步电机关键参数进行了优化设计,得到电机的主要结构参数和基本性能数据;然后,基于有限元法对该电机做了进一步的仿真研究,得到反电势曲线、转矩曲线以及电机转矩—速度—效率图,验证了电磁设计方案的可靠性;最后,试制了样机并进行相关试验。结果表明,优化设计方案是切实可行的,电机性能符合设计要求。     

内置式交替极永磁同步电机性能及机理研究

分析比较了传统内置式永磁同步电机与内置式交替极永磁同步电机的电磁性能。设计了一台五相20/18槽极组合的内置式交替极永磁同步电机,与传统内置式永磁同步电机相比,该电机在保持较好的输出能力的情况下节省了永磁体用量,提高了电机的可靠性且节省了成本。利用磁路法及气隙磁通密度波形的傅里叶解析计算得到每极下气隙基波磁通,验证了交替极设计可提高永磁体的利用率。与传统内置式永磁同步电机不同,内置式交替极永磁同步电机中永磁极极弧的选择范围更大,通过合理优化永磁极与铁心极的配合能够进一步提升该电机的输出转矩。其次,比较分析了内置式交替极永磁同步电机的反电动势谐波分量,发现该电机更加适用于谐波电流注入法,且分别对永磁体端部槽形、永磁体磁化方向长度及不均匀铁心极极弧进行优化设计,使得优化后的内置式交替极永磁同步电机在明显减少永磁体用量的情况下能够保持较好的输出能力,且具有更好的转矩质量及弱磁能力。     

无轴承永磁同步电机原理及研究发展趋势

无轴承永磁同步电机是采用了无轴承技术的高性能永磁同步电机,同时具备永磁同步电机的优良特性与磁悬浮轴承的优点。阐述了转矩绕组极对数为2,悬浮力绕组极对数为3的无轴承永磁同步电机悬浮力产生原理,总结了目前国际国内无轴承永磁同步电机在结构方面与控制策略方面的研究成果,为无轴承永磁同步电机结构改进与控制优化提供重要参考。分析了无轴承永磁同步电机研究发展趋势,为无轴承永磁同步电机进一步研究指明方向。     

无轴承永磁同步电机转子径向位移估算策略

无轴承永磁同步电机实现平稳悬浮的关键是对转子径向位置偏移量进行闭环控制。通常无轴承永磁同步电机高性能悬浮运行时都依赖于位移传感器,但由此破坏了电机结构的坚固性、阻碍了电机的低成本实用化等,需要新的位移估算策略替代传统的机械位移传感器。通过建立无轴承永磁同步电机悬浮、转矩两套绕组的磁链、电压和电流状态方程,构建最小二乘法电机转子位移估算模型,进一步提出基于普通最小二乘法和遗忘因子最小二乘法的混合加权最小二乘法估算策略。通过采样电机两套绕组电压和电流,应用混合加权最小二乘算法对转子位移进行在线辨识。仿真及实验证实该方法能实现无传感器工况下电机转子位移的有效估算,电机悬浮和转动系统性能较好。     

聚磁式横向磁通永磁直线电机的多目标优化

横向磁通永磁直线电机在磁路结构上较传统直线电机不同,该电机磁力线所在的平面垂直于其运动方向,解决了齿和槽在空间上竞争同一个平面的问题,实现了电负荷与磁负荷的解耦,可以在一定范围内通过提高磁能变化率来提高出力,在低速大推力领域具有广阔的应用前景.首先,该文提出一种新型动子三面墙聚磁式结构的横向磁通永磁直线电机,并介绍其工作原理;其次,以推力密度、推力波动、功率因数为优化目标,对该电机的优化变量进行灵敏度分析,选取灵敏度值显著的优化变量构建基于Box-Behnken法的响应面模型;再次,采用粒子群优化算法求解该响应面模型并生成一组帕累托解集,从而得到该电机的最优结构参数;最后,基于三维有限元法对所优化电机的定位力、电磁力等电磁性能进行计算与分析,并验证基于响应面模型和粒子群算法的多目标优化设计方法的有效性.