有限转角力矩电机设计及优化

针对某型号船用柴油机调速器驱动需求,提出一种爪极式有限转角力矩电机作为位置直流伺服电机并进行性能优化。建立了电机等效磁路模型,推导出模型中各部分磁阻以及磁路不饱和状态下电磁转矩解析式,采用有限元仿真软件对电机尺寸参数进行设计;为改善反电动势波形和降低电机工作转矩波动,建立了电机磁阻转矩数学模型,研究了永磁体极弧系数、定子爪极宽度、气隙长度以及永磁体厚度等结构参数对电机反电动势波形畸变率和转矩性能的影响,并运用遗传算法对磁阻转矩进行了多目标优化。优化结果表明:当永磁体极弧系数取0.84,爪极宽度为25.8 mm,永磁体厚度设计为3.88 mm,气隙长度取3.8 mm时,电机磁阻转矩值最小,优化后电机的反电动势波形畸变率从初始设计时的31.56%降低到23.56%。