开关磁阻电动机转子偏心特性分析

利用有限元软件建立12/8极开关磁阻电动机的二维电磁模型,分析了转子静态偏心时定子极下气隙磁密和径向力随电流的变化规律;建立定子三维模型进行模态分析,得到电机振型和固有频率,进而分析了转子静态偏心时定子所受径向力随转子位置角的变化曲线,并对径向力进行频谱分析,揭示了径向力与电机振动的关系,为开关磁阻电动机振动和噪声的抑制奠定了基础。     

开关磁阻电机非线性径向电磁力解析建模

针对开关磁阻电机径向电磁力严重的非线性问题,首先采用基于磁动势乘以磁导的解析法并结合铁心材料特性曲线,来预测开关磁阻电机的饱和磁场,然后运用麦克斯韦应力方程求解得到非线性的径向电磁力。该解析法可用于求解任意极对数的开关磁阻电机在任意转子位置下的径向电磁力。结果表明,解析结果与有限元结果整体吻合较好,进一步验证了该方法的有效性,从而为开关磁阻电机的振动噪声预测与优化研究奠定基础。     

基于改进磁密计算的开关磁阻电机径向力解析建模

现有的麦克斯韦应力法计算开关磁阻电机(SRM)径向力的过程中,气隙磁通密度的求取过于简化。由于麦克斯韦应力法的积分路径较简单,气隙磁通密度的准确度直接影响了径向力求取的精度。综合等效磁路法和麦克斯韦应力法,精确计算了SRM气隙磁通密度,给出了单相激励下定子径向电磁力的表达式。在角度位置控制(APC)方式下,推导了转子运转过程中定子径向电磁力的解析表达式。在有限元软件上进行了仿真,对比分析了解析计算得到的径向力在时域和频域的分布,解析结果和有限元仿真结果相比表明,即使在2倍额定电流下误差也能维持在10%以内。     

无轴承开关磁阻电机的减振控制策略

脉动的径向电磁力导致的定子振动问题阻碍了磁阻电机的推广应用。该文研究了一种利于减小无轴承开关磁阻电机(bearingless switched reluctance motor，BSRM)定子电磁振动的悬浮运行控制策略。该控制策略在保证电机转子悬浮所需悬浮力一定的前提下，以减小定子极受到的径向电磁力为控制依据。基于悬浮运行原理和数学模型，叙述了减振控制策略的基本原理；推导了主绕组电流、悬浮绕组电流、开通关断角等电机相关控制参数的计算方法；并给出了系统控制框图。仿真和实验结果均证实了新的控制策略不仅能实现电机的稳定悬浮旋转运行，同时有利于减小 BSRM 定子电磁振动，验证了理论分析的正确性和可行性。     

开关磁阻电机振动分析

开关磁阻电机的电磁噪声来源于电磁振动,通过改变电机定转子结构,从而改变定转子气隙磁密,减小气隙中的径向磁密,同时减小径向电磁力与转矩脉动,达到抑制电磁振动的目的,减小了开关磁阻电机振动,并通过傅里叶分解径向磁密观察径向磁密谐波含量,分析定子振动。通过Ansoft求得电磁力密度加载到Ansys Workbench瞬态结构中定子上,观察定子结构应力变化。得到了新定子、转子结构能有效的改善电机的振动情况。     

开关磁阻电机电磁力和转矩的解析表征

由于磁饱和非线性,开关磁阻电机电磁合力和转矩的计算缺乏系统有效的方法,造成电机振动和噪声评价困难。本文综合等效电路、拟合函数和麦克斯韦应力法等方法,推导电磁合力和转矩的完整解析表达。先通过等效磁路法计算出电机在4个特殊角度位置的磁链,然后利用函数拟合法获得电机的磁链转矩和切向力;再基于麦克斯韦应力法,推导单定子绕组受激时转子所受电磁径向力的表达式;最后在六相绕组轮替方波电流激励下,计算转子转动受到的电磁合力和合转矩。经电磁有限元仿真验证,证明该解析表征更加便捷高效。它基于初步设计的结构尺寸和硅钢参数,体现了电机参数之间的联系。结果为后续开展转子弯扭耦合振动行为和噪声控制研究奠定了基础。     

磁极优化降低表贴式永磁电机电磁振动噪声

磁极偏心距和极弧系数是表贴式永磁电机的重要设计参数,对电机电磁振动和噪声有重要影响,而现有研究主要停留在上述参数对径向电磁力波的影响,并未进一步研究如何通过上述参数削弱电机电磁振动和噪声。建立径向气隙磁密关于极弧系数和磁极偏心距的解析模型,推导出径向电磁力波解析表达式。编写电机电磁振动噪声计算程序,以一台4.2 k W表贴式永磁电机为例,计算出不同极弧系数及磁极偏心距下电机电磁振动噪声值。结果表明,随着磁极偏心距增大,电机振动噪声有减小的趋势,当极弧系数为0.9左右时,电机电磁振动噪声降到最小值。有限元仿真验证了该结论的正确性。     

永磁辅助同步磁阻电机的电磁分析及振动噪声优化

针对永磁辅助同步磁阻电机运行时存在振动噪声问题,采用逐层优化的方法抑制电机振动噪声.以一台1.5 kW的永磁辅助同步磁阻电机的电磁振动进行研究,推导了电机径向电磁力解析式,分析了各种磁场相互作用产生径向电磁力的阶数和频率;利用有限元软件,对定子槽口进行结构设计,削弱幅值较大的径向电磁力,对电机转子开辅助槽设计,进一步抑...     

混合定子齿无轴承开关磁阻电机定子振动特性研究

凸极定转子结构及开关电源供电方式使得无轴承开关磁阻电机(BSRM)存在较大的电磁振动问题。混合定子齿无轴承开关磁阻电机可实现转矩和悬浮力之间的解耦,从而简化数学建模和控制策略。本文基于一12/14混合结构BSRM,研究了混合定子齿BSRM的定子振动特性。介绍了悬浮运行原理,分析了径向电磁力特性,运用了有限元法对电机进行了模态分析,并且建立了系统振动仿真模型,然后通过和传统BSRM进行对比,综合分析了混合定子齿BSRM的振动特性。     

无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型

针对现有无轴承开关磁阻电机数学模型忽略磁饱和或对磁饱和考虑不充分的不足,将麦克斯韦张量法和磁路分析法结合起来,提出了一种计算无轴承开关磁阻电机径向电磁力的方法.该方法考虑了电机运行过程中磁饱和以及转子的偏心位移,能够准确的描述电机径向电磁力的特性,为电机运行状态的离线分析和电机的设计提供了更为可靠的理论依据;该模型同时为无轴承开关磁阻电机电磁振动和噪声的预测与控制提供了理论依据.以一台实验样机为例,建立了考虑磁饱和的无轴承开关磁电机有限元分析模型.仿真结果证明了该解析模型的有效性.     

一种新型定子齿极结构的开关磁阻电机电磁分析

给出了一种新型定子齿极结构的开关磁阻电机(SRM)的设计,利用径向力、电磁转矩的解析计算公式,完成了外圆弧形定子磁极结构SRM电磁力特性的计算.计算结果表明,新型结构的定子设计在保证定子极和转子极间切向电磁力基本不变的情况下,大大减小了径向电磁力,这对优化设计SRM结构参数,降低电机运行噪声,延长了电机寿命方面有重大的指导意义.     

基于电动汽车驱动电机振动噪声优化的转子结构设计

为降低电动汽车驱动电机的振动噪声,提升电动汽车的振动噪声性能,本文以一台电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,推导出转子分段错极情况下径向电磁力的解析表达式,并分析错极角度、分段数对径向电磁力的影响。为进一步削弱电磁振动噪声,采用有限元法对比研究了未优化、转子分段错极优化,以及在分段错极基础上采用非均匀气隙这3种情况下径向电磁力和电磁振动噪声的大小;结果表明,同时采用转子分段错极和非均匀气隙的优化方式对电机径向电磁力和振动噪声削弱效果最佳。样机实验验证了仿真结果的准确性,为电动汽车驱动电机减振降噪的设计提供参考。     

基于有限元模型的开关磁阻电机振动研究

振动和噪声问题阻碍了开关磁阻电机的推广应用。防止径向力的谐波频率与定子固有频率产生谐振是减小振动和噪声的有效手段,因此确定定子径向力及振动加速度波形并进行频谱分析是减振降噪研究的首要前提。本文通过有限元计算得出不同转子位置、不同电流激励下的定子径向力,基于有限元模型并结合开关磁阻电机振动频域响应函数在Matlab/Simulink仿真环境下建立了开关磁阻电机振动仿真模型,对输出的径向力及振动加速度波形进行频谱分析,从而可找到其主要的谐波分量。本文的研究对于选择合适控制策略来减小开关磁阻电机的振动和噪声有积极意义。     

基于转子齿两侧开槽的开关磁阻电机振动抑制方法研究

振动的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。该文提出一种在转子齿两侧开槽的方法,通过改变转子齿形来改变转子表面气隙磁密的方向,可以减小气隙中的径向磁密,同时增大切向磁密,达到抑制电磁振动的目的。利用二维瞬态有限元法,验证了转子齿两侧开槽对径向力波的削弱和转矩脉动的抑制效果,研究了开槽尺寸变化对仿真结果的影响规律,并对5.5k W、1000r/min、12/8极开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,进行了样机的试制和试验。试验结果表明:该方法对开关磁阻电机的电磁振动有较好的抑制效果,但对电机的运行效率有一定影响。     

电动汽车用永磁同步电机电磁振动噪声分析及优化

电机径向电磁力是引起电机电磁振动噪声的主要原因,本文应用Maxwell应力方程推导出电动汽车用永磁同步电机径向电磁力的解析表达式,并在此基础上分析总结了永磁同步电机各径向电磁力的来源及阶次和频率。转子结构的改变将影响电机磁场的分布,从而进一步影响电机的径向电磁力及电磁振动噪声水平。本文以一台电动汽车用永磁同步电机为研究对象,为削弱电机的电磁振动噪声,提出了方案1和方案2两种转子结构。分别对方案1、方案2和原样机进行电机电磁力和电磁振动噪声数值计算和对比分析。对比分析结果表明,方案2的转子结构能有效改善电机的电磁振动噪声。本文的分析结果为电动汽车用低振动噪声永磁同步电机的设计提供了研究基础。     

变频驱动下双斜槽转子感应电机径向电磁力特性分析

针对变频驱动下双斜槽转子感应电机振动性能研究的不足,对变频驱动下双斜槽转子感应电机的径向电磁力展开研究。首先从变频器的输出谐波特性出发,采用解析法分析了气隙磁通密度成分,并通过分析各个磁通密度谐波的相互作用得到了径向电磁力的幅值、阶次、频率的表达式。然后采用分层有限元法结合二维快速傅里叶分解,得到了平均径向电磁力的时空分布频谱。通过不同供电方式与不同转子结构下气隙径向电磁力的对比,发现双斜槽转子结构能够有效地削弱由变频供电引入的部分高频附加径向电磁力。最后通过实验对比不同供电方式下电动叉车用双斜槽转子感应电机机壳表面的振动频谱,进而验证分析的正确性。     

基于改进磁场分割法的开关磁阻电机径向力波抑制能力解析计算

电磁振动的抑制是开关磁阻电机研究的热点问题之一。因此提出了一种基于抛物线弧改进的磁场分割法,用于复杂定子、转子形状的开关磁阻电机气隙磁导计算。基于改进磁场分割法,提出了一种开关磁阻电机径向力波抑制百分比的解析计算方法,通过转子形状改变带来的气隙磁导的变化,以比值方式计算了径向力波的抑制程度,可以为基于改变定子、转子形状的振动抑制设计提供依据。以转子两侧开槽的开关磁阻电机为例,分别使用基于抛物线弧和椭圆弧的磁场分割法计算了绕组电感和径向力波抑制百分比,并与有限元分析和样机试验结果进行对比验证,结果表明改进的磁场分割法和径向力波抑制百分比计算方法是正确、有效的。     

开关磁阻电机非线性径向力的有限元计算

开关磁阻电机的径向力存在着严重的非线性,它是转子位置角和定子相电流的非线性函数,因此如何分析和计算开关磁阻电机的非线性径向力模型是研究振动与噪声的关键问题。该文基于有限元原理,通过虚位移法对开关磁阻电机的径向力非线性模型进行分析和计算。最后,应用ANSYS软件计算样机径向力的有限元模型,得到了径向力与转子位置角和定子相电流的非线性关系曲线,为开关磁阻电机非线性振动及控制研究奠定了基础。     

无刷直流电机的电磁力分析

对微型电机的电磁机构和转子的电磁力分布进行了分析。根据电机技术参数并利用ANSYS Maxwell软件建立了专家模型。将专家模型导入Maxwell2D形成二维电机的全模型,并利用场计算器得出径向和切向的气隙磁密及转子所受电磁力的密度曲线。对转子所受电磁力进行傅立叶分析,并讨论了有槽和无槽电机电磁力对齿槽转矩及电机振动的影响。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响，以8极48槽永磁同步电机为例，根据设计指标，分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型，两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先，从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别，并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次，根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式，并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后，建立电机的三维有限元模型，计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率，并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明，对于内置式永磁同步电机，在永磁体用量相同的情况下，双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。