磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机的振动噪声研究

以一台2.5 k W切向聚磁型并联结构混合励磁电机为研究对象,研究切向聚磁型并联结构混合励磁电机磁极偏心对电机振动噪声的影响。根据电机电磁振动噪声相关理论,建立磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机模型,采用磁极偏心优化其气隙磁密畸变率和电磁噪声,分析该电机在优化前后径向电磁力的阶次、频率特征,并对该电机的定子进行模态分析,利用ANSYS Workbench仿真平台搭建电机振动噪声耦合模型,计算优化前后电机的振动响应与噪声变化。结果表明:采用磁极偏心能有效优化电机气隙磁密和电磁力密度,气隙磁密谐波畸变率显著下降,电磁力(16,4 f1)分量幅值减小74%,从而可达到抑制电机振动噪声的目的。

基于混合磁场解析法的磁极偏心型表贴式永磁同步电机空载特性分析

为了准确、快速优化表贴式永磁同步电机磁极形状,降低气隙磁通密度波形畸变率,该文针对磁极偏心结构表贴式永磁同步电机,提出一种非线性混合磁场解析方法。首先基于子域分析方法建立磁极偏心型表贴式永磁电机磁场解析模型,同时建立考虑定、转子铁心磁导率非线性变化的等效磁网络模型。根据铁磁材料的B-H曲线计算出任意时刻定、转子铁心相对磁导率的分布情况,通过迭代计算得到修正系数,用于考虑定、转子铁心磁阻对电机空载特性的影响,并基于该混合磁场解析模型对气隙磁通密度、反电动势进行计算分析。在此基础上对磁极尺寸参数进行优化设计,得到最优磁极结构参数。最后设计、制作一台8极36槽磁极偏心型表贴式永磁同步电机,通过有限元仿真和实验测试对该文所提出混合磁场解析法的准确性进行了验证。

槽口宽度和磁极偏心对伺服电动机齿槽转矩的影响

伺服电动机的转矩脉动会影响机器人的定位精度,而齿槽转矩是转矩脉动的重要组成部分。以一台集中式绕组表贴式磁钢的永磁伺服电动机为例,采用傅里叶分解计算了齿槽转矩的解析式,同时利用有限元方法研究了改变定子槽口宽度和转子磁极偏心对削弱齿槽转矩的影响,根据计算结果对比分析了不同槽口宽度取值和不同磁极偏心取值对应的电机齿槽转矩峰峰值的变化规律。

磁极偏心削弱永磁电机激振力波方法

电磁振动主要是由电机气隙磁场作用于电机铁心产生的径向激振力波激发的,提出一种基于偏心永磁磁极的永磁电机空载激振力波的削弱方法。推导采用偏心永磁磁极时永磁体磁动势的傅里叶分解系数的表达式,得到了空载激振力波随永磁体偏心距连续变化曲线,提出了通过合理选择永磁磁极的偏心距来削弱激振力波的方法。采用空间和时间2次傅里叶分解得到主要阶数激振力波的频谱,有限元计算结果验证了所提方法的有效性。

Halbach-偏心磁极永磁同步电机的设计与优化

以提高永磁同步电机(PMSM)输出转矩,降低齿槽转矩、转矩脉动为目标,提出了一种转子采用Halbach-偏心磁极的9槽10极分数槽集中绕组PMSM。建立了PMSM电磁场模型,研究了不等厚磁极偏心距、Halbach径向充磁磁极所占的圆周角度对电机性能的影响规律。针对电机优化目标彼此之间相互制约的特点,基于NSGA-Ⅱ算法对电机参数进行多目标优化,优化后的电机平均输出转矩提升了8.4%,转矩脉动降低了62.2%,齿槽转矩降低了46.2%,为PMSM的结构优化奠定了一定的基础。

分段偏心磁极表贴式永磁电机优化设计

对一种磁极分段外圆弧偏心结构的表贴式永磁同步电机进行了优化设计,该种电机每段磁极内外圆弧具有不同的圆心。通过有限元分析,验证了新型磁极结构的优点。比较了不同偏心距和极弧系数下电机气隙磁密、齿槽转矩和反电动势波形,通过对偏心距和极弧系数的优化,可以有效降低气隙磁密谐波,减少反电动势谐波,抑制转矩脉动。该种磁极结构可以减少电机永磁材料用量和提高电机电磁性能。

偏心磁极永磁电机气隙磁密解析计算方法研究

对于表贴式永磁电机,为了获得良好的电动势波形,降低齿槽转矩,电机往往会采用偏心型磁极来优化气隙磁密波形,使气隙磁密波形尽量正弦分布。虽然有限元法可以对气隙磁密进行计算、求解,但电机建模、有限元求解消耗时间较长,在工程应用和电机的初步设计中有一定的局限性。为了研究计算偏心型磁极电机气隙磁密波形,本文首先根据二维电磁场理论,建立永磁电机数学模型,采用解析计算方法分别计算了常规等厚度瓦片型磁极和偏心型磁极电机气隙磁密的分布;然后将计算结果与有限元仿真结果进行了对比,误差不超过4%,验证了计算方法的正确性。最后通过对已制成的3台样机进行实验并与计算结果进行对比,误差在5%以内,验证了该方法的广泛适用性。

偏心磁极永磁电机气隙磁场正弦优化模型

为优化气隙磁场,使径向气隙磁通密度波形接近正弦,以得到较小的气隙磁场径向电磁力谐波和较低的转矩脉动,优化电机的整体性能,用卡特系数Kδ修正电机受定子槽开口影响的有效气隙长度,考虑实际的永磁体相对磁导率对气隙磁通密度的影响,结合气隙磁通密度函数和永磁体磁化方向厚度函数及定转子磁动势计算方程,推导出弧形偏心磁极平行充磁时负载条件下的径向气隙磁通密度计算公式,得到了偏心磁极永磁电机径向气隙磁通密度总谐波畸变率(THD)随偏心距和极弧系数的变化曲线,进而可得到使径向气隙磁通密度THD最小的偏心距和极弧系数;利用有限元和样机试验,验证解析模型的有效性和准确性。此解析模型将多种影响径向气隙磁通密度正弦度和幅值的因素同时考虑在内,不用对永磁体进行径向分段来考虑不等厚磁极对气隙磁场的影响,计算较子域法简单且省时,同时保持较高的计算精度,为表贴式永磁电机优化设计提供参考。

表贴式永磁同步电机新型偏心磁极优化设计

针对高功率密度的轮毂式永磁同步电机涡流损耗大的问题,设计了一种新型偏心磁极结构的表贴式永磁同步电机,该电机磁极外圆弧偏心且内外圆弧具有不同的弧度。采用解析法分析了新型偏心磁极结构对气隙磁通密度和涡流损耗的影响。在有限元软件中对建立的10极12槽三维电机模型进行电磁及稳态温度场仿真分析。结果表明,在电机采用新型偏心磁极结构后,1 cm^3的永磁体涡流损耗降低了17.20%,永磁体稳态温度降低了3℃,改善了轮毂式永磁同步电机的运行性能。

面包型偏心磁极永磁电机磁极优化设计

对于永磁同步电动机而言,正弦的气隙磁场,意味着更低的径向电磁力谐波和更低的转矩脉动。文章结合表贴式永磁电机径向气隙磁通密度函数和面包型永磁磁极结构特点,考虑定子开槽对电机有效气隙长度及永磁体相对磁导率对气隙磁场的影响,得到可以寻找平行充磁表贴式面包型偏心磁极最优偏心距和极弧系数的气隙磁场优化解析模型,并利用有限元软件验证了解析模型的准确性和有效性。这种解析模型,计算较子域法简单,也不需要对永磁体分段,来考虑永磁体上表面的偏心对气隙磁场的影响,但同时精度较高,对于面包型表贴式永磁电机的优化设计较大的指导意义。

改进型偏心磁极对表贴式永磁电机性能影响研究

本文基于传统偏心磁极提出了一种改进型结构,该结构通过在传统偏心磁极的中心位置增加一块等厚区域来实现。文中首先介绍了改进型偏心磁极的构成原理;然后通过全局优化算法对改进型偏心磁极的主要结构参数进行了优化;在这之后,与采用传统偏心磁极以及等厚瓦片磁极的两类电机进行比较分析。从结果中可以看到本文提出的改进型偏心磁极在三者中具有最小的转矩脉动,最高的效率,同时输出转矩相较于等厚瓦片结构降低不多,且大于传统偏心结构。通过本文的研究证实了采用改进型不等厚磁极的诸多优势,具有一定的应用价值。

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4.2kW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。

一种表贴式永磁同步电机磁极形状优化方法

为了降低表贴式永磁同步电机气隙磁通密度波形畸变率,提出了一种准确、快速优化磁极形状的解析计算方法。推导并优化了磁极磁动势、极间磁动势和气隙磁导函数,建立了磁极偏心结构磁场解析计算模型。基于该解析模型计算分析了一台8极36槽表贴式永磁同步电机空载气隙磁通密度和线空载反电动势等电磁参数,并通过有限元法进行了仿真验证。结果显示,该解析计算与有限元计算结果相吻合,表明该方法具有一定的实际应用价值。在确定最小气隙长度前提下,通过对永磁体端部厚度的参数化设计,得到了理想的气隙磁密、线空载反电动势以及齿槽转矩性能参数。为表贴式永磁同步电机磁极形状优化设计提供了参考。

基于磁极分块的永磁电机气隙磁场解析计算

为了简便、精确地分析偏心削极表贴磁极的永磁电机空载气隙磁场,基于永磁体等效分块处理并结合子域模型提出一种磁场解析计算方法,解决了磁极不等厚与平行充磁问题。所用方法能考虑定子开槽影响与永磁体实际磁导率,且通过求解子域模型直接得到空载气隙磁密的基波与各次谐波分量。采用有限元法直接计算气隙磁场,解析法与有限元法计算的空载气隙磁密吻合,验证了解析方法的准确性。对一台九相永磁电机样机进行实验,所测空载感应电势与解析模型计算值较吻合,验证了所用分析方法的正确性。

表贴式永磁交流伺服电机齿槽转矩优化分析

齿槽转矩由永磁电机中的永磁体和有槽电枢铁心相互作用产生。基于能量法和有限元仿真分析了永磁体极弧系数对电机齿槽转矩的影响,计算选取出最优极弧系数,通过调整磁极偏心距离进一步降低齿槽转矩,将仿真结果与样机测试数据进行对比证实了优化方案的可行性。结果表明,合理选取极弧系数并结合磁极偏心的方法可以有效降低齿槽转矩。

基于ANSOFT的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析

齿槽转矩是永磁电机的固有属性,引起电机的转矩波动,产生振动和噪声.为减小齿槽转矩,提高永磁伺服电机的控制精度,在研究永磁电机齿槽转矩产生机理的基础上,根据永磁电机齿槽转矩的解析式,研究定子齿部开辅助槽和转子磁极偏移对永磁电机齿槽转矩的影响;利用有限元软件ANSOFT,建立36槽8极永磁伺服电机的有限元分析模型,计算不同尺寸辅助槽和磁极偏心距离时的齿槽转矩,分析辅助槽尺寸和磁极偏心距离对齿槽转矩的影响.研究结果表明,合理的辅助槽尺寸和磁极偏心距离可有效削弱永磁伺服电机的齿槽转矩.

一种可改善传动稳定性的混合励磁型磁齿轮研究

同轴磁齿轮是一种结构新颖的传动装置,在低速大转矩传动领域具有广阔应用前景。针对传统表贴式磁齿轮气隙磁密谐波含量高、转矩脉动大的问题,提出了一种内磁极为偏心表贴式,外磁极为永磁体励磁和电励磁两种磁化方式的同轴式磁齿轮。利用有限元法计算了传统型、开槽未加电流型和开槽加电流型磁齿轮的气隙磁场和电磁转矩,对内、外层气隙磁密的谐波含量进行了分析。仿真结果表明,偏心磁极结构有利于改善内层磁密波形,降低谐波畸变率;增加电流励磁不仅能保证输出转矩,而且能降低转矩脉动。这对提高同轴磁齿轮的传动稳定性具有重要意义。

设计参数对直驱永磁同步电机运行平稳性的影响

为改善直驱顶驱永磁同步电机低速运行时的平稳性,对永磁电机磁极进行了优化设计。对比分析了两种极弧系数与偏心距的组合方案,绘制出极弧系数、偏心距与齿槽转矩、气隙磁密之间的关系曲线;定量分析了齿槽转矩、气隙磁密和谐波畸变率,并得到最优解。经验证,采用合理的磁极极弧系数以及偏心距是改善直驱永磁同步电机空载运行平稳性的有效方法。

低速永磁同步电动机减小齿槽转矩的研究

该文对齿槽转矩产生的重要原因进行了分析,而且对减少齿槽转矩的影响给出了优化条件,研究了定子斜槽中的斜槽转矩,偏心磁极的内径外径不同参生的磁极形状。由傅立叶级数对纹波转矩的幅值与感应电势和电流的波形进行了研究。分析总结了定子斜槽,偏心磁极,基波和谐波齿槽转矩的影响规律。