内置式永磁同步电动机齿槽转矩分析

齿槽转矩会引起永磁同步电动机的转矩脉动,导致振动和噪声的产生,从而影响电机在控制系统中的低速性能和定位精度。为了削弱电机的齿槽转矩,利用有限元仿真软件,并结合齿槽转矩解析表达式,分别研究了极弧系数、定子槽数以及偏心转子结构对齿槽转矩的影响规律,最终得到通过选择合适的电机结构参数有利于降低齿槽转矩、优化电机性能的结论。     

基于ANSOFT的永磁无刷直流电动机的设计和分析

介绍了运用场路结合法设计的20kW永磁无刷直流电动机,讨论了不同永磁体材料和转子结构的区别,运用有限元软件ANSOFT对该电动机的参数进行有限元计算,与磁路法计算的参数进行对比,并且对该电动机的空载特性、齿槽转矩以及转矩脉动进行分析。     

无人车用高速永磁电机转子优化设计

随着车用电机高压化、高速化、高效化和高舒适性方向发展,对永磁电机的设计提出了更高的要求。本文以一台峰值功率65 kW,峰值转速9500 r/min,峰值扭矩650 Nm的车用高速轮毂永磁电机转子设计为例,对电机转子的电磁特性、传热特性与机械特性建立有限元和热路模型进行研究分析。为了提高车辆运行的舒适性,本文以转子磁路结构参数为优化参数,采用田口法对轮毂电机转子进行优化设计,在保证输出转矩不降低的情况下降低电机转脉动,优选齿槽转矩和绕组反电势THD最低的参数组合.仿真结果表明,优化前后转矩脉动降低了1.3%。针对轮毂电机大直径转子高速下转子强度问题,重点研究热态工况高速离心力作用下转子强度分析。该研究对于重载无人车用高速永磁电机设计具有理论指导意义。     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

槽口宽度和磁极偏心对伺服电动机齿槽转矩的影响

伺服电动机的转矩脉动会影响机器人的定位精度,而齿槽转矩是转矩脉动的重要组成部分。以一台集中式绕组表贴式磁钢的永磁伺服电动机为例,采用傅里叶分解计算了齿槽转矩的解析式,同时利用有限元方法研究了改变定子槽口宽度和转子磁极偏心对削弱齿槽转矩的影响,根据计算结果对比分析了不同槽口宽度取值和不同磁极偏心取值对应的电机齿槽转矩峰峰值的变化规律。     

基于多目标遗传算法的电机噪声优化

基于J-MAG软件建立了多目标优化有限元模型,将定转子冲片拓扑结构中影响电机性能的关键尺寸、位置进行参数化;采用软件内嵌的遗传优化算法,进行了电机单目标性能的优化,将转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩作为本次电机优化的目标函数;分析了不同性能指标之间的关联性。通过各指标加权,综合考虑转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩对电机振动噪声性能的影响,得出最优的设计方案;通过对比实验,验证了该优化方案的有效性。     

基于田口法定子冲片优化研究

高速永磁同步电机的噪声、振动和发热问题不可忽视。为改善高速永磁同步电机的噪声和振动性能,采用田口法对电机定子冲片进行优化。以定子冲片的槽口宽度、槽口高度和定子槽高度参数作为优化过程中的变量,选出一组最优的定子冲片结构参数组合来降低电机的转矩脉动、齿槽转矩和定子铁耗。仿真结果表明,田口法可以有效优化定子冲片结构,降低转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗,大大缩短了优化所需的时间。     

基于正交试验法优化表贴式永磁同步电机永磁体

采用麦克斯韦应力张量法分析气隙和转子的交界面的受力情况,得出齿槽转矩是由转子和气隙交界面的切向磁力产生。结合麦克斯韦张量法和电磁场数值计算,得到齿槽转矩表达式。构建永磁体三因素四水平正交试验,得出了永磁体设计参数对齿槽转矩的影响程度,极弧系数对齿槽转矩的影响显著,磁极偏心次之,径向充磁长度影响最小的结论,从而选取合适的参数,优化了电机的永磁体形状,降低了电机齿槽转矩。     

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。     

内置式无刷直流电动机齿槽转矩的分析与抑制

齿槽转矩是由永磁体与磁槽之间相互作用而产生的,它会引起转矩脉动.利用虚位移法计算和分析齿槽转矩的影响因素,采用优化极弧、定子开辅助槽和调整定子齿槽宽度三种方法做了定性和定量的分析,并通过对24槽4极内置式无刷直流电动机进行有限元仿真,得出此类电机减小齿槽转矩的有效方法,并分析了对反电动势的影响,为内置式无刷直流电动机设计提供理论参考.     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

改进新型齿结构对磁通切换永磁电机转矩指标的影响

基于12槽/10极磁通切换永磁电机(FSPMM)提出了定子切边齿、转子U型槽齿、转子凸缘齿3种新型齿形,以有效减小FSPMM电机的齿槽转矩和转矩波动。通过2-D有限元法从平均转矩、齿槽转矩、转矩波动等方面对不同新型齿形的FSPMM的性能进行了全面的分析和评估。结果验证了所提出的3种新型齿形状,特别是转子U型槽齿和凸缘齿可以减小齿槽转矩和转矩波动,平均转矩只有轻微的减小。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

基于不等磁极组合的外转子内置式永磁同步电机转矩脉动抑制研究

转矩脉动是影响电机性能的重要因素。针对常规的内置式永磁电机转矩脉动较大的问题,提出了一种保持永磁体总量不变的不等磁极组合方法,使某一磁极的极弧长度与其他磁极不同来抑制转矩脉动,给出了详细推导过程和磁极参数确定方法,并与斜槽结构做了性能对比。针对外转子内置式结构,对比分析了隔磁桥和磁障两种隔磁措施,建立了有限元模型对其进行仿真验证。最终研制了一台55 kW,2 500 r/min的样机,试验数据与仿真结果相吻合,验证了所提方法对齿槽转矩和反电动势谐波有着显著削弱效果,能够有效抑制转矩脉动,提高电机性能,具有一定工程实际意义。     

基于磁极分块与转子开槽削弱永磁电机齿槽转矩

为了提高6极72槽永磁直驱风力发电机的运行性能,提出了磁极分块与转子开槽相结合削弱齿槽转矩的方法。根据齿槽转矩的解析式和叠加原理,分析得出磁极分块和转子开辅助槽对削弱齿槽转矩的有效性。基于Maxwell有限元软件分别研究了永磁体的磁极分块、转子开槽对齿槽转矩的影响,给出了最佳的磁极分块数和磁极间隔以及转子辅助槽槽深和开槽位置。通过对比分析优化前后的电机仿真结果可知,该方法使电机的齿槽转矩得到了显著的削弱,同时电机的其他性能符合技术要求。     

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。     

磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究

为了满足机械强度要求,高速永磁电机通常采用径向磁通结构。随着非晶合金等新型超薄软磁材料的发展,高速高频轴向磁通永磁电机逐步引起关注。为此,针对一种适合于高速运行的磁极分段式轴向磁通永磁电机转子结构进行研究。建立了该转子结构强度解析计算模型,分别利用解析法和有限元法计算了不同极弧因数、转子轮缘宽度以及转子磁极分段数对转子机械强度的影响规律。同时研究了磁极分段式结构对轴向磁通永磁电机气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩和转矩密度等电磁性能的影响。结果证明采用磁极分段式结构能有效提高转子强度,相关研究工作为高速轴向磁通永磁电机的设计提供参考。     

转子有辅助槽的表贴式永磁电机解析法建模与优化

通过在表贴式永磁电机的的转子上开辅助槽,可间接改善电机的齿槽转矩脉动状况。但目前相关文献大都基于有限元法,需要反复修改模型参数,且尚未得出明确的槽型优化方法。本文选取磁场中的标量磁位为求解变量,在电机的气隙区域、永磁体区域分别建立拉普拉斯和准泊松方程。对于不规则的永磁体形状,采用分块累加方法,提出了一种转子含有半圆形辅助槽的表贴式永磁电机解析模型。之后,推导了齿槽转矩峰值与槽型尺寸的解析关系,对辅助槽型尺寸进行优化分析,可获得齿槽转矩脉动的极小值。最后,利用有限元法对所提出的解析模型进行了验证。     

基于磁极分段优化的内置式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法

内置式永磁同步电机的齿槽转矩会带来转矩脉动、电机控制精度变差、振动与噪声等一系列的问题,因此采取有效的削弱齿槽转矩措施至关重要。采用解析计算分析了永磁体径向分段对齿槽转矩的影响,在此基础上提出了一种改进的永磁体分段方法,从而有效地减少永磁体分段后对电机的反电动势和输出平均转矩等性能的影响。此外,基于改进的永磁体非均匀分段方法,还提出了一种永磁体不等厚非均匀分段来削弱齿槽转矩的新方法,并采用有限元法对永磁体均匀分段、非均匀分段和不等厚非均匀分段3种方法进行仿真验证和对比分析。仿真结果表明,采用永磁体不等厚非均匀分段方法的齿槽转矩削弱效果最佳。     

一种非对称混合式永磁同步电机设计与分析

针对传统内置式永磁同步电机磁阻转矩与永磁转矩不是在相同电流相位角下达到最大,不能最有效的利用磁阻转矩与永磁转矩的问题,提出了一种新型非对称转子结构永磁同步电机设计方案,电机输出转矩和减小转矩脉动。首先,一种不对称转子结构,通过使转子不对称,使磁阻转矩和永磁转矩在相近电流相位角下达到最大,从而提高输出转矩。其次,为衡量转矩利用率,引入转矩利用率因子,利用冻结磁导率法将电磁转矩分解为磁阻转矩和永磁转矩两部分,运用有限元确定表面磁极最佳偏移角θ;最后,对提出的新型非对称转子结构永磁同步电机进行电磁性能分析,在不增加材料与制造成本的情况下,电机最大输出转矩增加7.52%,转矩脉动减小39.15%。