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。     

一种降低永磁同步电机涡流损耗的方法

分数槽集中绕组永磁同步电机具有易于下线,铜耗低,转矩密度大等特点,因此得到了广泛地应用,但是分数槽集中绕组永磁同步电机的反电动势谐波含量较大,电机的涡流损耗比较大。本文提出了一种通过优化永磁同步电机永磁体形状来降低永磁同步电机涡流损耗的方法。该方法通过优化永磁体形状从而改善永磁体磁势的波形,从而改善电机反电动势的波形,进而降低永磁同步电机的涡流损耗。通过理论分析,仿真对比证明该方法可以大幅度降低的电机的涡流损耗,验证了该方法的可行性,且效果明显。     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

基于等宽极厚调制的永磁电机优化设计

表贴式永磁同步电机气隙磁密谐波含量高,导致电机空载反电动势正弦度差,影响电机转矩脉动;齿槽转矩是永磁同步到电机固有属性,会使电机在运行过程中产生转矩脉动和噪声;针对以上问题,提出采用分块磁极等宽极厚正弦调制的方法优化永磁同步电机气隙磁密和齿槽转矩。使用有限元进行仿真分析,验证了该方法的正确性,表明该方法能有效抑制永磁同步电机气隙磁密谐波分量,在一定极弧系数范围内对齿槽转矩抑制具有较好的效果,同时在不降低电机平均输出转矩的情况下减小电机转矩脉动。     

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。     

谐波注入式九相永磁同步电机矢量控制策略

用绕组函数法分析了多相永磁同步电机绕组磁势波的谐波构成,提出注入适当的谐波电流可以提高输出转矩,并且降低铁芯磁饱和。在旋转坐标系下建立了九相永磁同步电机数学模型,通过分析电磁转矩的构成,定量地分析了谐波电流在提升电磁转矩中的作用。推导出了基于最大逆变器功率约束的最优谐波注入比。最后,在simulink下搭建了九相矢量控制系统的仿真模型,对比了注入谐波前后电机输出转矩及电流波形的变化,并验证了注入谐波时电机的动态特性。仿真验证了理论方法的正确性和谐波电流注入的可行性。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

永磁同步电机转子磁极优化技术综述

永磁同步电机的电磁转矩、转矩波动、电磁振动与噪声等电机性能与气隙磁密波形密切相关。减小气隙磁密中的谐波含量能够有效地削弱齿槽转矩、抑制转矩脉动,减小电机振动,提升电机的整体性能。对表贴式和内置式永磁同步电机来说,可以分别通过优化永磁体形状和转子表面铁心形状(统称为转子磁极优化技术)来减小气隙磁密中的谐波含量。该文回顾并总结了近年来国内外学者在永磁同步电机转子磁极优化技术方面所进行的研究工作,将不同的转子磁极优化技术进行归类,比较其优缺点。最后探讨了转子磁极优化技术尚存在的一些问题和未来发展的主要方向。     

电动车永磁同步电机转矩波动分析及测试

研究了电动车传动系统谐振的特点,推导了电动车传动系统谐振方程,论证了永磁同步电机转矩波动引起整车低速抖动的机理。建立了气隙谐波磁场产生转矩波动的数学模型,揭示了永磁同步电机转矩波动的频率与幅值特性。根据电动汽车低速谐振特性与同步电机转矩波动幅频的对应特点,并且针对国内外少有文献对车用电机转矩波动测试方法进行分析的现状,搭建了转矩波动动态测试台架,通过试验验证了转矩波动频次分析的正确性,同时为了弥补波动动态测试会产生幅值及相位失真的不足,提出一种新型静态堵转测试方法,为电动汽车用永磁同步电机提供了准确的转矩波动测试评价手段。     

三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机铁心的优化设计

Halbach磁铁阵列和集中绕组的分数槽绕组应用于永磁同步电机可提高输出转矩并降低转矩波动,满足伺服系统快速性和高精确度的要求,但需要对电机铁心进行再设计。依据Halbach磁铁阵列的理论建立了每极三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机磁场的模型,并分析了气隙磁场特点,提出采用集中绕组的分数槽绕组削弱齿谐波。分析电机铁心的结构特点,确定多个关键尺寸为设计变量,以一定电流的最大转矩平均值和最小转矩波动为主要优化目标,采用Taguchi方法简化优化设计的计算,并建立了双层的优化模型。以一台8极9槽的伺服电动机为例,采用有限元计算,阐述了每极三段Halbach磁铁阵列永磁电机多变量、多目标的优化过程。     

凸极转矩对内置式永磁同步电机转矩波动的影响

转矩波动是内置式永磁同步电机的主要缺点之一,而凸极转矩在转矩波动中占有一定比例。首先给出了包含凸极转矩的内置式永磁同步电机的转矩波动计算公式;其次,通过有限元法计算了内置式永磁同步电机不同转子结构情况下空载反电动势谐波畸变率(THD)与电机电磁转矩波动的关系,揭示两者不成比例;最后利用保存磁导率法和傅里叶分解法将永磁转矩与磁阻转矩进行分离并进行了对比,得出两者在电磁转矩中所占的比例,同时计算了纹波转矩和凸极转矩的波动情况,得到永磁转矩产生的纹波转矩与EMF的THD有关,而磁阻转矩产生的凸极转矩与EMF的THD无关,为降低内置式永磁同步电机转矩波动提供了理论依据。     

基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究

扭矩扳子自动化检定装置用低速永磁同步电机通常工作于300 r/min以下,由于电机本体气隙磁场畸变、逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素,电机在运行过程中会产生高次谐波,引起转矩脉动,导致加载过程中输出扭矩波动,影响检定过程。针对上述问题,提出了一种针对低速永磁电机的谐波抑制控制策略,建立了低速永磁电机的谐波数学模型,采用电压补偿的方法,根据谐波数学模型计算谐波电压补偿量,并采用PI控制,对电机运行过程中的相电流谐波进行抑制,从而减小扭矩扳子自动化检定装置的转矩脉动。通过仿真表明,该方法可以显著降低谐波,从而减小电机输出转矩脉动。     

六相永磁同步电机缺相容错控制

为了实现六相永磁同步电机缺相后的矢量控制,根据定子磁势不变的原则,以铜耗最小为目标,对双Y移相30°六相永磁同步电机缺一相绕组的电流进行优化求解。根据所求得的优化电流,获得缺相后的变换矩阵,从而建立缺一相的六相永磁同步电机旋转坐标系下数学模型,并由此提出缺相后的解耦矢量控制方法。分析漏感和空间谐波对该容错控制下转矩脉动的影响,提出相应的抑制方法。实验验证了六相永磁同步电机容错控制算法的正确性,其有效减少了缺相后的转矩脉动,且具有较好的动态性能,提高了驱动系统的可靠性。     

基于谐振控制器的谐波削极型永磁同步电机转矩脉动抑制策略

随着永磁同步电机在高性能伺服控制场合中的广泛应用,对其输出转矩平滑度的要求也随之提高。然而,电机结构设计的非理想、逆变器的非线性特性以及恶劣的运行工况都会导致永磁同步电机的输出转矩存在较大的脉动。针对逆变器非线性、低载波比等造成的电流谐波产生的转矩脉动,该文利用谐振控制器减小电流谐波,从而有效地降低了电机转矩脉动。为验证算法的有效性,搭建了基于dSPACE的控制平台,通过对谐波削极型永磁同步电机样机的实验可知,谐振控制器能够有效补偿谐波削极型永磁同步电机定子谐波电流,进而有效地降低电机转矩脉动。     

多单元永磁同步电机数学模型与转矩波动抑制

为了提升永磁同步电机整机输出功率,同时降低每相绕组的电压、电流等级,通常采用多相或多单元设计.以一台五单元直驱式低速大扭矩永磁同步电动机为对象,建立了多单元永磁同步电机的电压、转矩方程.在部分单元电机容错运行时,采用磁共能法推导出单元电机不同数量、位置时的转矩波动解析表达式,并给出采用注入3次谐波电流抑制转矩波动的方法.数值分析和试验结果表明,所建立的多单元电机数学模型准确,转矩波动抑制方法有效,在部分单元电机额定状态运行时,转矩波动最多可降低3.5％,该数学模型和转矩波动公式及其抑制方法均可有条件推广至不同单元数量的电机分析之中.     

表面-内置式永磁同步电机优化设计

针对表面-内置式永磁同步电机因齿槽转矩存在的转矩波动大、噪声和振动等缺点,提出一种通过改变定子槽型的优化齿槽转矩、转矩波动和空载反电势波形的方案。采用有限元法建立表面-内置式永磁同步电机仿真模型,分析了改变定子槽型对电机齿槽转矩、转矩波动和空载反电势的影响。对比分析有限元计算结果,该方案可削弱齿槽转矩、减小转矩波动和优化空载反电势波形。     

轴向永磁体组合削弱表贴式永磁同步电机齿槽转矩的方法

永磁同步电机在高性能控制系统中得到了越来越多的应用,但永磁同步电机特有的齿槽转矩会影响系统的控制精度。针对表贴式永磁同步电机存在的齿槽转矩问题,提出一种在电机转子轴向组合不同永磁体的方法来减小齿槽转矩。首先,分析齿槽转矩产生原因,基于能量法和傅里叶分解法分析齿槽转矩的表达式,并基于此公式推导出计算组合永磁体具体尺寸的方法。然后,利用有限元法检验此方法的有效性,并分析得出最优组合方案。将优化后电机的气隙磁通密度和永磁体的用量与优化前的电机进行了对比,证明所提出方法是经济而有效的。最后,对优化后电机的反电动势谐波含量等其他性能进行分析,证明了本文所提出的转子结构能够提升电机的性能。     

电动汽车分数槽绕组永磁电机转矩特性研究

针对永磁电机转矩特性研究主要分为如何提高输出转矩和降低转矩波动的研究。电动汽车驱动用电机要求电机应具有较大的输出转矩和较小的转矩波动,满足电动汽车安全性和舒适性需求。为了满足上述需求,以60 k W内置式分数槽集中绕组永磁同步电机为例,利用现代计算机仿真,研究电动汽车用永磁同步电机转矩特性,为提高电机输出转矩、降低电机转矩波动提供了理论依据,得出能够指导工程实践的有益结论。     

整数槽永磁同步电动机齿槽转矩的研究

在齿槽转矩产生原理的基础上,根据解析法推导与分析了不同整数槽永磁同步电机的齿槽转矩,并利用Ansys有限元分析软件对不同整数槽永磁同步电机的齿槽转矩进行对比分析与研究。结果表明,采用不同整数槽的永磁同步电机,其齿槽转矩的幅值以及对电机低速运行性能的影响不同。并提出针对不同整数槽采用不同抑制齿槽转矩的方法,进行了样机测试,该分析方法可避免整数槽电机产生较大齿槽转矩,对采用整数槽减小电机径向电磁力、降低永磁同步电机的振动和噪声具有实用意义。     

基于遗传算法的高过载永磁伺服电机设计与优化

提出一种具有高过载能力的内置式永磁同步电机设计方案。首先分析了影响永磁同步电机过载能力的因素，从输出特性的基本公式出发，研究了电机交直轴电抗和空载反电动势对极限输出转矩的影响方式；其次，用有限元法对上述影响方式进行验证并对比分析出在同等约束条件下，不同定子齿宽比、磁钢用量的过载能力的大小；最后, 为进一步地提高转矩而提出可供优化的参数, 并通过遗传算法对该电机进行优化后，在提高极限转矩能力的同时降低了波形畸变率和转矩波动，由此研制出一台2kW具有5倍过载能力的IPMSM。