微型无刷直流电机气隙优化研究

根据无刷直流电机的FOC控制理论,可知电机相反电动势对转矩波动的影响机理。通过研究无刷直流电机气隙长度对相反电动势波形及齿槽力矩的影响,使用Ansys Maxwell模拟软件对电机相反电动势,齿槽力矩及转矩波动等进行模拟分析,通过对相反电动势波形的FFT分解,对相反电动势谐波进行优化,并结合样机的对比测试结果,提出微型、高转速电机的气隙优化的方案。

低频电磁振动台非均匀气隙磁场优化设计

针对大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度参数非线性导致振动激励信号产生失真的问题,在电磁振动台机电耦合模型分析基础上,采用电路等效原理建立大行程磁路简化数学模型,并基于Ansys Maxwell软件对气隙磁感应强度的非均匀分布特性进行仿真分析。基于连续混合整数非线性规划算法,分别仿真分析不同内磁轭母线轮廓及端面结构非线性参数对应的气隙磁感应强度分布特性,得到具有最小不均匀度的变气隙及变截面磁路最优解。仿真结果表明:变气隙和变截面结构分别将优化前25.95%的不均匀度降低到7.09%和2.70%,变截面结构具有更好的优化效果。设计的优化磁路结构可有效改善大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度的非线性,降低输出振动信号的失真度,提高低频振动校准精度。

表面式永磁伺服电动机气隙磁场优化研究

在构造了一个能够反映气隙磁场畸变率的新变量作为目标函数的基础上,对表面式永磁伺服电动机气隙磁场运用模式搜索法、遗传算法、田口法进行优化,通过仿真得出了各种优化方法的优缺点。提出了两种新型的气隙磁场优化方法,即田口-PS混合优化和GA-PS混合优化,并对各种优化方法进行了对比研究,指出了新型优化方法的优点。

串联补偿型饱和铁心故障限流器气隙结构的优化设计

饱和铁心故障限流器应用于串联补偿时会造成较高的谐波污染。为保证电力系统的安全稳定运行,文中依据铁心分段饱和的原理设计了一种改进气隙结构的饱和铁心故障限流器。通过JMAG建立不同气隙结构的饱和铁心故障限流器仿真模型。将限流器的电流磁链关系导入MATLAB/Simulink并建立相应的仿真系统模型,从而进一步对比两种限流器模型的控制特性、谐波含量以及故障限流能力。研究结果表明,在不损失限流能力的情况下,相比于全气隙结构,改进气隙结构的饱和铁心故障限流器具有约1.5倍的电抗调节范围和较低的谐波畸变率。

飞轮储能用永磁同步电机气隙磁通密度波形优化

为了优化气隙磁通密度波形的幅值与正弦畸变率2个关键指标,提出了一种基于Kriging模型与差分进化算法(differential evolution algorithm,DEA)相结合的多目标优化方法。首先,通过对飞轮储能用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor for flywheel energy storage,FPMSM)有限元模型进行拉丁超立方体采样(Latin hypercube sampling,LHS),取得样本数据,并引入Kriging算法建立对应的替代模型;其次,利用DEA对影响气隙磁通密度波形的关键结构参数进行全局优化,给出Pareto最优解;最后,对Pareto最优解集的3种优化方案与原始方案进行对比分析和有限元验证。结果表明,所提FPMSM气隙磁通密度波形多目标优化方法能够使气隙磁通密度波形在幅值提高的同时,正弦畸变率显著降低。

双层Halbach永磁电机解析建模与优化

提出双层Halbach永磁电机的二维解析模型,模型中转子永磁包括内外两层,每层每极均由两块永磁构成,且每层中间磁块均为径向磁化。通过分区域求解标量磁位的微分方程,解析得到双层Halbach无槽电机的气隙磁场。利用卡特系数考虑齿槽作用,解析获得双层Halbach有槽电机的气隙磁场。接着,为优化气隙磁场波形,分别解析获得外层径向磁化磁块的最优极弧比和内层径向磁化磁块的最优极弧比,从而获得双层Halbach电机气隙磁场的优化解。计算结果表明,双层Halbach电机不仅气隙磁场和反电势的波形正弦度都优于单层Halbach电机,而且电磁转矩的波动更小,因此具有更好的电磁性能。二维有限元法与二维解析法计算结果一致性较好,验证了二维解析模型的正确性。

一种两种磁体混合励磁的高速永磁同步电机转子结构及性能分析

针对表面式转子结构高速永磁同步电机的气隙磁密分布的优化问题,提出一种两种磁体混合励磁的转子结构方案,其励磁磁体由两种磁性能不同的永磁材料按照一定规律沿周向分布而成,使得气隙磁密分布趋于正弦波。本文阐述了该种转子结构的设计原理,并采用有限元分析方法对比分析了不同转子结构的性能差异,最后,通过样机和试验初步验证了该结构方案的可行性。结果表明,该种转子结构方案不仅可以有效削弱气隙磁密中的高次谐波,从而减少定子铁耗,而且可以显著降低转子的涡流损耗,抑制转矩脉动,特别适用于极对数较少或转子外径较大的表面式高速永磁电机的设计场合。