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。     

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。     

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。     

基于改进粒子群算法的无轴承永磁同步电机多目标优化设计EI北大核心CSCD

为了提升内置式无轴承永磁同步电机的转矩性能和悬浮性能,提出一种基于响应面法和粒子群优化算法的内置式无轴承永磁同步电机多目标优化设计方法。首先,介绍内置式无轴承永磁同步电机的悬浮力产生原理。其次,阐明所采用的响应面法和多目标粒子群优化算法的原理。再次,根据所提出的多目标优化设计方法,按照灵敏度分析、响应面法建模和多目标粒子群优化的步骤对内置式无轴承永磁同步电机进行优化设计,并对优化后电机和初始电机的转矩和悬浮性能进行对比分析。最后,制作优化后的样机,并构建实验平台对样机性能进行测试。     

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。     

永磁同步电机转子结构优化设计

为降低内置式永磁同步电机输出转矩脉动,研究了一种采用折线形永磁体,转子铁心表面采用分段圆弧结构,并在圆弧连接点处开角形槽的转子优化设计方法。介绍了转子的拓扑结构,并对磁场及齿槽转矩进行了解析分析;利用Maxwell 2D软件分析了反电动势谐波与齿槽转矩分布情况;采用Taguchi法确定关键参数的最佳取值组合,并与传统"一"形结构电机性能进行对比。仿真结果表明,该优化设计方法能有效降低内置式永磁同步电机的输出转矩脉动。     

V型内置式永磁同步电机的齿槽转矩研究

永磁同步电机齿槽转矩的削弱是改善电机性能的重点之一。本文基于某款电动汽车驱动用48槽8极V型内置式永磁同步电机,根据齿槽转矩的数学模型,分别建立以永磁体夹角、永磁体长宽比、气隙长度为变量的参数化扫描模型。通过有限元仿真对空载齿槽转矩、额定输出转矩及转矩脉动进行了分析,并得出了以上三个变量对齿槽转矩的影响关系。为优化V型内置式永磁同步电机的振动噪音,削弱齿槽转矩提供了研究方向。     

基于Taguchi方法的表面-内置式永磁同步电机多目标优化设计

针对表面-内置式永磁同步电机强耦合、多变量以及非线性的特点,引入Taguchi方法对一种新型的表面-内置式永磁同步电机进行多目标优化设计。选取转矩脉动系数、齿槽转矩、反电势谐波畸变率以及单位质量永磁体产生的转矩作为优化目标,并通过有限元软件分别对电机额定状态及空载状态进行仿真分析,选取对优化目标影响较大的参数作为优化参数。首先,根据所选取的优化参数的个数以及各参数的水平数建立正交表,并对正交表中的各种情况进行有限元仿真;然后,分析仿真结果从而确定最优方案;最后,对电机最优方案进行有限元仿真,优化后电机仿真结果与优化前电机比较验证所提方法的有效性。     

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。     

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。     

基于有限元法永磁同步电机建模与分析

利用Ansoft公司的RMxprt模块建立了永磁同步电机模型,并对影响电机的主要参数进行分析。利用Maxwell 2D对电机的静磁场、瞬态场进行有限元仿真,得到电机极弧系数对齿槽转矩的影响、反电势、磁力线分布等参数曲线。通过对这些参数的分析,为永磁同步电机的后期优化设计提供理论依据。     

一种混合式弧形结构永磁转子同步电机电磁转矩特性分析

针对传统永磁电机的结构和电磁特点,提出一种新型混合式弧形结构永磁转子同步电机,采用面贴式和内置式永磁体混合磁路结构,同时面贴式永磁体设计为弧形,有效改善了气隙磁密的正弦性。为验证所提出的新型结构永磁转子同步电机的电磁转矩特性,根据电机设计流程,分别建立了传统面贴式永磁转子、传统内置式永磁转子和新型结构永磁转子的电机参数模型,同时建立3种结构电机的有限元仿真模型。通过负载状态下的仿真计算,得到3种电机在额定负载和其他不同负载状态下的转矩特性,通过对比分析,验证了所提出的新型机构电机的优越性。     

基于田口法的永磁同步推进电机优化设计

以无人水下航行器推进用内置式永磁同步电机为研究对象,利用传统的等效磁路法和经验公式,初步确定永磁同步电机设计基本电磁参数,并用RMxprt和Maxwell进行初步的校核,确定了各优化参数及取值范围。在保证输出转矩的前提下,以相关尺寸参数槽型参数、直接影响成本的永磁体宽度和厚度、隔磁桥宽度为优化参数,以高效率、永磁体用量少、转矩脉动小为优化目标,通过田口法对内置切向式永磁同步电机优化设计,得出电机多目标优化设计的方案。有限元仿真分析结果验证了该方法的合理性和有效性。     

V型内置式永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究

齿槽转矩的削弱是永磁同步电动机研究的重点之一。根据齿槽转矩解析表达式,研究了最优极弧系数的确定方法。建立了V型内置式永磁同步电机极弧系数的参数化模型,通过修改转子参数,使电机极弧系数趋于最优值,从而永磁电机的齿槽转矩能够得到降低。有限元仿真验证了该方法的有效性。     

抑制内置式永磁同步电机纹波转矩的实用设计方法

提出了一种简单实用的抑制内置式永磁同步电机的纹波转矩的电机设计方法。基于强调气隙磁通谐波的转矩纹波解析式优化设计了V型永磁转子拓扑结构及其参数,实现转矩纹波的最小化,并通过有限元仿真验证其正确性。基于样机测试的反电势波形对实际输出转矩进行了计算预测,有限元仿真结果和实验预测结果基本吻合,说明该方法对减小纹波转矩是可行的。     

内置式永磁同步电机齿槽转矩优化设计

为降低内置式永磁同步电机齿槽转矩,提出一种新的转子开槽设计方法。首先给出了齿槽转矩解析式,从解析式上分析了转子开槽降低齿槽转矩的有效性。然后,以12槽10极内置式永磁同步电机为例,结合有限元软件对转子开槽半径与角度进行了扫描仿真,给出了最优齿槽转矩下对应的开槽半径和角度。最后,分析了转子开槽对电机运行性能的影响。结果表明,合理的对转子开槽设计可大幅降低电机齿槽转矩,同时保证其它性能参数在较优范围内。     

内置式永磁同步电机电抗参数分析

内置式永磁同步电机电抗参数无论对电机的电动运行性能还是发电运行性能都有着重要影响。首先分析了磁钢成V型排列的内置式永磁同步电机的电抗特性,计算得到了不同转子结构的电抗参数,总结了该种结构的永磁同步电机电抗参数随磁钢结构的变化规律,然后分析了不同磁钢结构即不同凸极率下内置式永磁同步电机的外特性变化规律,并解释了发生变化的原因。     

定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

内置式永磁电机的永磁体在转子内部,与表贴式永磁电机相比,其等效气隙小、齿槽转矩的影响大。在分析齿槽转矩产生机理的基础上,研究了定子齿开辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。以8极48槽内置V型永磁同步电机为研究对象,利用有限元方法分析了槽口宽度、深度和槽口中心线夹角对齿槽转矩的影响。研究表明,合理设计定子齿上的辅助槽可以有效地削弱内置V型永磁同步电机的齿槽转矩。     

永磁体分层对内置铁氧体永磁同步电机机电性能影响

为了增大内置式永磁同步电机(IPMSM)磁阻转矩以提升电机的转矩密度,研究了内置铁氧体永磁同步电机转子中不同永磁体分层对电机电磁性能和机械性能的影响。采取相同定子结构以及同等用量铁氧体分别设计和优化3个不同永磁体层数的V型槽内置铁氧体永磁电机。在相同的工作电流下通过单位电流最大转矩的控制方式比较不同永磁体层数下电机的转矩脉动、平均输出转矩及其永磁转矩和磁阻转矩比例。研究分析了铁氧体分层对于电机退磁情况和应力分布的影响。结果表明对于内置铁氧体永磁电机进行永磁体分层可以有效增加磁阻转矩并提升总输出转矩。     

基于ELM实现的IPMSM转矩观测器

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)参数非线性及不确定性导致的电机转矩难以准确估测和控制等问题,研究了基于ELM(极限学习机)神经网络的IPMSM的矢量控制转矩观测器。利用ELM神经网络较强的泛化能力和逼近能力,同时根据IPMSM的矢量控制要求,设计出电流到转矩的非线性映射;将神经网络输出的估测的转矩作为反馈转矩输入PI转矩控制器,并通过PI电流控制器调节q轴电流;使实际电机转矩等于转矩命令,从而完成对电机的转矩控制。实验结果表明,该观测器有效地减少了90%的转矩脉动,具有良好的动态和静态性能,同时对系统参数不确定性和非线性具有较好的适应性。