电动汽车用永磁同步电机的转子结构优化

为了改善电动汽车用V型内置式永磁同步电机的性能,通过使电机的转子外表面分段偏心得到不均匀气隙的转子结构,完成了电机的优化.基于二维电磁有限元仿真,得到最合适、最优的不均匀气隙转子结构;通过对转子外表面分段偏心的偏心距进行尺寸参数分析,得到不同的偏心距对电机的电磁性能的影响.优化后电机的齿槽转矩降低了55.04％,噪声降低了15.66 dB.结果表明转子外表面分段偏心的结构改善了电机气隙磁密的正弦性,提高了电机的空载反电势和输出转矩.     

切向永磁同步电机空载感应电动势谐波削弱分析

针对切向永磁同步电机空载感应电动势谐波含量高会增加杂散损耗的问题,提出一种优化定子槽参数和转子极面偏心设计相结合的方法,以改善空载感应电动势波形.推导出切向永磁电机空载谐波感应电动势表达式,分析并确定了影响空载感应电动势谐波的关键结构参数,以降低空载感应电动势畸变率为优化目标,采用有限元法分析定子槽口宽度、定子槽高度和转子极面偏心距三个参数对电机空载感应电动势各奇次谐波和波形畸变率的影响规律,获得了最优参数.结果表明,优化后的电机能有效削弱空载感应电动势谐波、降低波形畸变率,同时提高气隙磁密、减小齿槽转矩,提升电机整体性能.     

基于混合粒子群算法的低速大转矩直驱永磁同步电机多目标优化研究

针对潜水电泵用低速大转矩直驱永磁同步电机的优化设计问题,为了同时实现其低齿槽转矩、低转矩脉动和低铁损耗,以及气隙磁密波形正弦度的优化,提出了基于混合粒子群算法的内置式永磁同步电机多目标优化有限元设计方法。在建立有限元分析模型的基础上,以永磁体尺寸、永磁体槽槽型尺寸、最小气隙长度、不均匀气隙偏心距为变量,以空载及负载情况下的齿槽转矩、转矩脉动、铁损耗、效率、气隙磁密基波幅值、气隙磁密波形正弦度作为优化目标,提出了基于权重系数的多目标优化函数。研究结果表明:基于混合粒子群优化算法的有限元设计方法具有搜索能力强、收敛速度快的优点,得到的电机设计结果与设计目标具有良好的一致性,有限元仿真证明了所提方法的有效性和可行性。     

抑制永磁同步电机转矩脉动的转子再设计方法

为抑制再制造永磁同步电机的转矩脉动,提出了单一极内偏心槽、组合偏心槽、磁桥优化的递进再设计方法。以车用JEEMC01003B型永磁同步电机为研究对象,解析了单一极内偏心槽和组合偏心槽对齿槽转矩和谐波转矩的影响。在此基础上进行了磁桥再设计,综合优化了转矩脉动。研究结果表明：与原电机相比,再制造电机的转矩脉动减小了3%,平均转矩增大了0.2 N·m,齿槽转矩减小了6%,铁耗减少了4.7 W/kg,磁密畸变率降低了5.6%,效率提高至97.60%,电机性能明显得到提升。     

基于Ansoft Maxwell的内置式Ⅴ型永磁电机齿槽转矩优化

作为永磁电机制造不可忽视的性能指标,齿槽转矩是永磁电机向高性能高精度迈进前亟需解决的关键一步。文章基于能量法和傅里叶展开,解析推导出内置式Ⅴ型永磁电机的齿槽转矩理论表达式,从较直观的角度分析了齿槽转矩的产生规律,研究了不等厚磁极、开辅助槽和辅助凸部、槽口尺寸变化引起齿槽转矩波动的影响,并与Ansoft Maxwell有限元分析软件结合仿真各优化策略下的内置式电机齿槽转矩。研究表明,采用不等厚磁极、开辅助凹槽和辅助凸部、适当选取辅助槽尺寸均能减弱齿槽转矩对电机的影响。     

混合励磁开关磁链电机转子齿开槽对齿槽转矩的影响研究

针对混合励磁双凸极电机齿槽转矩较高,引起较大的振动和噪声的问题,对在12/10混合励磁开关磁链(HESFPM)电机转子齿顶开设辅助槽的方法进行了研究。介绍了12/10 HESFPM电机的拓扑结构和工作原理,结合12/10 HESFPM电机齿槽转矩的解析表达式,解释了转子齿顶开辅助槽降低齿槽转矩的原因;应用有限元分析方法,研究了辅助槽槽数、槽型、间距、尺寸和励磁电流对齿槽转矩的影响;在对辅助槽结构优化的基础上,比较了应用不同辅助槽结构时12/10 HESFPM电机的齿槽转矩,得到了可以最大程度削弱齿槽转矩的辅助槽结构;最后,研究了辅助槽对空载反电动势和平均转矩的影响。研究结果表明:当每个转子齿顶有2个矩形辅助槽时,12/10 HESFPM电机的齿槽转矩降低了92.32%,而平均转矩仅降低了10.3%。     

航天用内置式永磁同步电机设计和仿真分析

航天用内置式永磁同步电机采用最大转矩/电流比控制方式,充分利用其磁阻转矩和高凸极率的特点实现大的弱磁扩速和最大转矩比。同时内置式永磁同步电机的转子外无护套等保护措施,转子结构的设计显得很重要。本文对一台20 k W的内置式永磁同步电机电磁参数、转子结构进行了设计,并利用有限元法对其进行了仿真分析。仿真分析的结果证实了该电机设计的正确性。     

凸形极靴表贴式永磁磁极同步电机性能优化

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差导致电机反电势波形畸变,影响电机输出性能,改良的复杂结构的永磁钢导致加工成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装凸形极靴的新型磁极结构。利用有限元软件建立3相18极54槽永磁同步电机,研究极靴参数对永磁同步电机空载径向气隙磁密、空载反电势、齿槽转矩和永磁钢涡流损耗的影响规律,获得最优极靴参数。输出特性对比分析可得,加装极靴的新型磁极电机空载反电势波形正弦性明显提高,齿槽转矩和永磁钢涡流损耗大幅度降低,电机输出性能显著改善。     

直驱永磁风力发电机电磁仿真分析与优化设计

首先利用Ansoft软件建立直驱永磁风力发电机的Maxwell二维(2D)有限元模型,之后对直驱永磁风力发电机进行斜槽2D仿真分析。在此基础上,以直驱永磁风力发电机的齿槽转矩的减少及气隙磁密的均值为目标,选择Maxwell优化模块中内置的遗传算法作为参数优化的方法,对直驱永磁风力发电机的磁钢宽度、磁钢厚度、磁钢与转子中心距离、转子外径等结构参数进行优化设计。通过对参数优化前后的齿槽转矩及气隙磁密曲线的对比,验证了优化设计方法的有效性。     

新型交替极永磁游标电机的优化设计与分析

为解决适用于低速场合的永磁游标电机永磁体极数多的问题,通过提高电机的输出性能,提出一种新型交替极永磁游标电机拓扑。通过有限元法对比4种不同的励磁永磁体配置,研究Halbach阵列增强交替极电机输出性能的方式;针对齿槽转矩与输出转矩,对电机的结构参数进行优化设计;最后,分析该电机的电磁性能、气隙磁密和谐波分布。仿真结果表明:与传统交替极电机相比,该新型交替极永磁游标电机在反电势、气隙磁密、齿槽转矩、输出转矩和电机效率上有较好的性能,适用于低速大转矩的应用场合。     

轮毂式永磁无刷直流电机空载气隙磁密波形的模拟分析

针对轮毂式永磁无刷直流电机空载气隙谐波含有大量的谐波问题,采用有限元法设计轮毂式永磁无刷直流电机,对影响其性能的空载气隙磁密波形进行了数值模拟,降低了谐波损耗,提高了轮毂电机的性能.通过正交试验法改变定子齿槽宽度、气隙大小和磁极厚度,减少了气隙磁密谐波的含量,并通过绘制因素水平影响趋势图,分析了各个因素对于电机空载气隙...     

磁钢充磁方式对高速永磁电机性能的影响研究

针对高速永磁电机的充磁方式问题,对一台250 k W,67 000 r/min高速永磁电机的径向充磁、平行充磁和Halbach充磁3种永磁体充磁方式进行了研究,对不同充磁方式给高速永磁电机气隙磁场、齿槽转矩、损耗的影响进行了分析。利用有限元分析的方法,根据实际的充磁方式,在有限元软件中建立了高速永磁电机模型,对高速永磁电机不同充磁方式下的性能进行了研究,对比分析了平行充磁、径向充磁及Halbach充磁这3种充磁方式对高速永磁电机气隙磁场、齿槽转矩、定子空载铁耗、转子涡流损耗、额定运行时总损耗等的影响,并且总结了高速永磁电机理想的充磁方式。研究结果表明:采用平行充磁方式时高速永磁电机的气隙磁密波形更趋于正弦、齿槽转矩更小,电机的总损耗最小,运行性能更优。     

表贴式与内置式无轴承永磁同步电动机电磁特性对比

为探究不同转子结构对无轴承永磁同步电动机电磁特性的影响,对2台表贴式与内置式无轴承永磁同步电动机进行对比分析。2台无轴承永磁同步电动机的定子结构、绕组通入的电流、相位、永磁体产生的气隙磁密完全相同。建立了2台电动机的有限元模型,对比分析了永磁磁链、反电动势、电感、转矩以及悬浮力等静态电磁特性。有限元仿真结果表明:表贴式永磁同步电动机永磁体的用量较小,磁链谐波分量较少;内置式无轴承永磁电动机能够产生较大的电感、转矩与悬浮力。     

自动门无刷直流电机齿槽转矩优化设计

齿槽转矩是永磁无刷电机所特有的、具有磁阻性质的一种转矩.通过对永磁无刷电机齿槽转矩理论推导,得出影响永磁无刷电机齿槽转矩的因素.结合自动门用永磁无刷电机的优化要求,使用Ansys Maxwell软件对电机极弧系数、定子槽口宽度、电机转子磁钢偏心距等方面进行了仿真计算,得出合适齿槽转矩下的最佳极弧系数、合适槽口宽度以及磁钢偏心距.最后综合考虑电机的极弧系数、槽口宽度、气隙以及电机使用参数等因素,调整参数,达到优化电机齿槽力矩的效果.     

自动门无刷直流电机齿槽转矩优化设计

齿槽转矩是永磁无刷电机所特有的、具有磁阻性质的一种转矩.通过对永磁无刷电机齿槽转矩理论推导,得出影响永磁无刷电机齿槽转矩的因素.结合自动门用永磁无刷电机的优化要求,使用Ansys Maxwell软件对电机极弧系数、定子槽口宽度、电机转子磁钢偏心距等方面进行了仿真计算,得出合适齿槽转矩下的最佳极弧系数、合适槽口宽度以及磁钢偏心距.最后综合考虑电机的极弧系数、槽口宽度、气隙以及电机使用参数等因素,调整参数,达到优化电机齿槽力矩的效果.     

永磁同步电机常用转子结构的电磁振动分析

由于转子永磁体和定子铁芯之间存在极强的电磁吸力,当转子旋转时会引起电机定子的机械振动。现对不同转子结构的永磁同步电机的电磁振动问题进行分析比较,包括表面式、内置式转子结构,其中内置式转子结构又分径向式和切向式转子结构。首先分析了永磁电机内部的电磁力分布,通过二维电磁场的分析计算,可以得到在不同转子位置时电机内部的电磁力分布。将电磁力耦合到电机的瞬态结构有限元模型中,可以计算得到永磁同步电机的振动特性。     

永磁超环面电机结构参数对齿槽转矩的影响分析

为了分析永磁超环面电机结构参数对齿槽转矩的影响,在分析该电机齿槽转矩产生机理的基础上,针对该电机空间螺旋变截面的结构特点,将齿槽转矩的产生分为自转和公转两个分量进行分析;运用磁共能法推导了该电机齿槽转矩与输出转矩的数学表达式,并采用有限元仿真验证了数学模型的有效可行性;分析了该电机重要结构参数对齿槽转矩削弱的同时对输出转矩幅值的影响规律.结果 表明,内定子槽开口系数、行星轮齿的极弧系数和气隙值的合理选择,能够在削弱齿槽转矩波动的同时提高输出转矩的幅值,有效地提高永磁超环面电机的输出性能.     

考虑开槽和高次谐波的永磁同步电机解析模型

永磁同步电机6i阶(i∈N)转矩波动是电机总成与电动车车身阶次振动的主要振源。提出了一种考虑定子开槽与高次谐波的永磁同步电机解析计算模型,建模过程基于瞬态气隙磁场分布的计算。当不考虑电流谐波时,电磁转矩具有6i阶(i∈N)转矩波动特性。最后,通过有限元计算验证了该解析计算结果。文中解析模型揭示了电动车用永磁同步电机转矩波动非线性的形成机理。     

内置式永磁同步电机空载气隙磁密研究

针对内置式永磁同步电机空载气隙磁密引起电机振动和噪声这一问题,以常见的"一"形和"V"形内置式永磁体转子结构为例,运用有限元分析方法,研究了"一"形结构中隔磁桥和永磁体尺寸变化对空载气隙磁场的影响,提出了分段式的"一"形永磁体结构,并对不同分段间隔"一"形结构和不同夹角"V"形结构产生的气隙波形及谐波畸变率进行仿真测试。研究结果表明,"一"形结构内隔磁桥宽度越小,气隙磁密波形正弦性越好,能够改善电机振动症状,减弱噪声;永磁体尺寸有助于提高气隙正弦性;"V"形永磁体夹角变大时,气隙正弦化会有所改善,"V"形结构具有更高的机械强度和凸极率,但气隙正弦化和永磁体利用率有所下降。     

不同气隙长度对电机启动性能的影响分析

在电机设计过程中,只有选定了气隙长度,才能确定转子尺寸,因此电机气隙长度的选取十分重要,可以通过对电机性能的分析与计算来合理选取气隙长度。对于异步启动永磁同步电机,首先应考虑电机采用均匀气隙结构的情况,利用有限元法对异步启动永磁同步电机进行启动分析,得到不同气隙长度对电机启动性能的影响;再通过对启动转矩/转速、启动电流的分析对比,选择较为合适的均匀气隙长度。