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。

基于极弧系数和分段斜极选择的五相永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

齿槽转矩的削弱是优化电机性能和提高系统稳定性的基础。为了削弱五相永磁同步电机(five-phase permanent magnet motor,FPPMM)的齿槽转矩,该文提出一种多参数复合的转子结构优化设计方法。基于能量法和傅里叶分解,推导能明确表达齿槽转矩与极弧系数和分段斜极关系的齿槽转矩表达式。在此基础上,提出最佳极弧系数的预测模型,给出不同转子磁极分段数下最佳斜极角度的确定方法。采用曲面响应法,建立极弧系数、转子磁极分段数和斜极角度与多个优化目标之间的数学模型,求解数学模型得到复合极弧系数、转子磁极分段数和斜极角度的最优转子结构参数组合。基于优化前后电机结构参数建立有限元模型,对比优化前后电机的空载气隙磁密、空载反电势和齿槽转矩等性能参数。最后,基于优选参数制造样机并进行试验,验证上述理论分析的正确性和优化设计的有效性。

基于ANSYS的小型永磁同步发电机齿槽转矩研究

从能量法角度对永磁同步发电机齿槽转矩展开理论分析,并推导出理论表达式。根据齿槽转矩理论表达式分析转子、定子和永磁体的参数对齿槽转矩产生的影响。利用ANSYS有限元软件分别研究极弧系数、磁钢厚度、定子槽口宽度和转子外径对齿槽转矩的影响。研究结果表明,极弧系数和定子槽口宽度对齿槽转矩影响最大,随着极弧系数的减小,齿槽转矩也会减小,定子槽口宽度也有同样规律。该研究方法具有可行性,其研究结论可为设计发电机或优化电机齿槽转矩提供理论依据。

基于线路残余能量的柔直输电线路极间故障重合闸

在线路残余能量激励下,电弧会持续燃弧一段时间,现有重合闸等待瞬时性电弧自然熄灭后启动,耗时过长,不利于系统快速恢复供电。基于此,提出一种考虑主动消弧的自适应重合闸。提出引入接地开关,可增加线路电流分量,加快消散线路残余能量,降低电弧燃弧概率。针对瞬时性电弧熄弧速度的差异性,建立多次主动消弧方案。进一步借助皮尔逊相关系数表征差异性辨识故障性质。最后,在PSCAD软件中搭建柔性直流输电系统,与现有直流重合闸相比,提出的重合闸可加速降低线路残余能量,促进电弧熄灭,最长减少170ms的停电时间。

低地板车直驱永磁电机极弧系数对电机性能影响分析

低地板列车以其便捷、舒适、经济、节能等优势在一些城市交通中应用越来越多,发展前景广泛。直驱永磁电机作为列车驱动系统的核心部件,其性能的优越对低地板车的安全、舒适运行具有极大的帮助。本文以一台低地板车用直驱永磁电机为例,建立电机的三维电磁场模型并分析电机磁场分布,通过改变磁极极弧系数来研究其变化对电机性能的影响,可为该类型电机的结构优化设计提供一定的参考价值。

双定子同极内嵌永磁游标电机转子永磁体极弧系数优化

进一步对双定子同极内嵌永磁游标电机(DS-CP-PMVM)进行讨论,旨在优化同极内嵌永磁转子结构,以保证转子永磁体用量减少的情况下,不降低电机的转矩能力。分析了DS-CP-PMVM的磁力线分布,提出当转子内外侧永磁体中心轴线夹角与内外定子A相轴线夹角相同时,转矩能力最优;讨论了永磁体极弧系数对转矩的影响,当转子内外侧永磁体极弧系数分别为0.62和0.66时,输出转矩最大,与相同永磁体厚度的表贴式结构相比,在定子电流为6 A时,转矩提高了6.4%。

永磁无刷直流电机噪声分析

与传统异步电动机相比,永磁无刷直流电机不仅具有高功率因数,较大起动转矩,可靠的运行能力,而且具有控制方式简单,调速性能平滑特点。但是,随着国际市场打开,我国电机产品不能进入国际市场原因之一,就是噪声指标不符合国际要求,因此,加强电机振动与噪声研究已成为当下研究迫切需要,现以永磁无刷直流电机为例,对国内外该电机研究现状进行调查,通过对电机电磁噪声进行解析计算和有限元分析,对比分析极槽配合、极弧因素、永磁体以及定子槽尺寸等因素,得出影响永磁无刷直流电机噪声控制方法。

基于极弧系数选择的实心转子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电机的难点和研究重点之一。为削弱实心转子同步电动机的齿槽转矩,文中提出了一种基于能量法和傅立叶分解的的解析分析方法,给出了能明确表达齿槽转矩与设计参数关系的齿槽转矩解析表达式,据此研究了极弧系数对齿槽转矩的影响。在此基础上,提出了极弧系数的最佳确定方法。根据该文给出的方法,可以方便地得到不同极数和槽数配合时的最佳极弧系数,进而削弱齿槽转矩。最后利用有限元法对其进行了验证,证明文中提出的方法是正确有效的。

极弧系数组合优化的永磁电机齿槽转矩削弱方法

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛,然而永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起电机的振动和噪声,并影响系统的控制精度。通常情况下,永磁电机各磁极的极弧系数相等。为削弱齿槽转矩,可设计相邻磁极极弧系数不等。文中采用不等极弧系数组合削弱永磁直流电机齿槽转矩,利用基于能量法和傅里叶分解的解析法得到齿槽转矩的表达式,通过分析起作用的气隙磁密的傅里叶系数,给出了使得齿槽转矩最小的极弧系数组合的确定方法。但是由于采用了一些假设,上述确定方法存在一定误差。为使齿槽转矩最小,采用全局优化方法与有限元相结合以获得最优极弧系数组合。文中对每极槽数为整数和分数的2台电机模型分别进行了解析分析和优化,结果表明:该优化方法可显著削弱齿槽转矩。

无刷双馈电机复合转子结构参数的优化设计

无刷双馈电机在变速恒频风力发电系统和变频节能驱动领域具有广阔的应用前景,其转子耦合能力是影响该种电机出力和功率密度的最重要因素。本文提出一种新型的隔磁磁阻和短路笼条相结合的复合转子结构形式。采用有限元分析法,深入分析了转子极弧系数、导磁层数、导磁层与非导磁层宽度比、有无短路笼条、短路笼条组数及短路笼条层数等结构参数对转子耦合能力的影响,得到了复合转子强耦合能力的结构尺寸。该种新型转子不仅结构简单、加工方便,而且具有强耦合能力和高转矩密度的优点,是无刷双馈电机最具应用潜力的新型转子之一,所研制的样机对转子的耦合能力进行了验证,论文研究工作为该种电机的新型转子设计提供了理论基础。

多相电励磁双凸极发电机的极数和极弧系数研究

电励磁双凸极发电机(wound-field doubly salient generator,WFDSG)的极数和极弧系数设计不当会导致电机产生较大的定位转矩和励磁绕组反电势。为了设计容错能力强、电压脉动率小的多相WFDSG,该文对多相WFDSG的极数和极弧系数进行了研究。在分析多相WFDSG原理的基础上,确定了多相WFDSG的设计要求;分析了定转子极数和极弧系数等结构参数对各绕组电感、电动势等性能参数的影响规律,推导了多相WFDSG普遍适用的定子极数、转子极数和定转子极弧系数等结构参数的约束公式,为设计多相双凸极电机提供理论基础。依据上述理论设计了一种12/9极四相WFDSG,利用有限元软件对传统WFDSG和该文设计的新型四相WFDSG样机进行了对比分析,试制了样机并进行了实验。仿真和实验结果验证了所提出的设计方法和电机结构的合理性。

Electromagnetic Design of a Switched Reluctance Motor With Segmental Rotors and Full-pitch Windings

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有高速运行时低风（油）阻和低铁心损耗等优点，特别适合用于航天航空驱动系统。根据整距绕组分块转子开关磁阻电机的基本工作原理，结合输出功率与平均转矩的关系，将绕组电流等效为方波，推导出了整距绕组分块转子开关磁阻电机的主体尺寸计算公式；基于电机定转子未对齐位置和对齐位置的电磁特性，以及整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁特点，确定了定、转子极弧系数选取的规则；同时分析了绕组匝数等主要尺寸的选取的规则；最后，基于上述方法优化设计了一台实验样机，并通过有限元仿真及实验验证了整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计方法的正确性。

极弧系数选择对永磁无刷直流电机激振力波的影响

研究了极弧系数选择对于永磁无刷直流电机空载激振力波的影响。推导永磁体磁动势的傅里叶分解系数的表达式,采用机械阻抗法分析无刷直流电机的空载电磁噪声。研究径向充磁和平行充磁时极弧系数对电磁噪声的影响,进而提出通过合理选择极弧系数削弱对电磁噪声起主要作用的激振力波的方法,并采用空间和时间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。

基于单一磁极宽度变化的内置式永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法

结合永磁电机极弧宽度组合和永磁体不对称放置的方法提出了一种仅改变隔磁磁桥削弱内置式永磁同步电动机齿槽转矩的方法。通过在永磁体槽和转子外表面之间增加隔磁磁桥,改变磁桥的形状和尺寸,使得内置式永磁同步电动机的一个磁极的极弧宽度变化,同时保持其余磁极宽度不变,且相邻磁极间的宽度相等,通过合理选择隔磁磁桥的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩。由于每极整数槽和非整数槽时,采用单一极弧宽度变化造成的影响不同,本文采用解析法分别对两种情况进行了研究,得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式,据此得到了磁极极弧宽度的确定方法。

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。

一种削弱永磁同步电动机齿槽转矩的方法

为了研究实心转子永磁同步电动机的削弱措施,结合永磁电机永磁体极弧系数和永磁体不对称放置的方法,提出了一种仅改变实心转子非磁性槽楔的齿槽转矩削弱方法。通过非磁性槽楔的变化改变一个磁极的极弧宽度,其余磁极宽度不变,同时保持各个非磁性槽楔的宽度相同,通过合理的选择槽楔的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩。通过解析法研究了采用该方法后实心转子永磁同步电动机齿槽转矩的表达式,得到了永磁体剩磁平方的傅立叶分解表达式。据此得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式和磁极极弧宽度的确定方法。该方法仅改变了槽楔的形状,对电机结构影响较小,且合适极弧宽度组合较多,有限元验证表明该方法可有效地削弱齿槽转矩。

近极槽数表贴式永磁同步电机齿顶漏磁分析与计算

近极槽数表贴式永磁同步电机的齿顶漏磁比较大,凭传统经验选取齿顶漏磁系数,再利用有限元软件仿真的方法延长了电机设计周期,即齿顶漏磁的快速、准确计算十分必要。根据半单元电机内每个齿的齿顶漏磁各自不同的特点,提出了平均每极齿顶漏磁的计算方法。将半单元电机内的所有齿的齿顶漏磁规算到每个磁极下,推导出了平均每极齿顶漏磁和齿顶漏磁系数的解析表达式。在此基础上进一步研究了电机极数和极弧系数的变化对齿顶漏磁系数的影响。平均每极齿顶漏磁解析法计算结果与有限元软件仿真结果一致,验证了平均每极齿顶漏磁计算方法的正确性和准确性。

基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计

轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度变化不一致,利用二维解析法分析该类电机会带来较大误差。该文利用准三维解析法对轴向磁通电机展开径向分层计算,确定电机转子关键位置处的磁链特性。在准三维解析法分析的基础上,利用准三维有限元方法对基于不同铁磁材料的模型进行了比较分析。研究结果和样机测试数据表明:基于有取向硅钢材料的轴向磁通开关磁阻电机定、转子磁极轴线对齐位置处的磁链值可以提高15%,准三维解析法的分层计算精度较高,对于电机初期设计而言,该方法的磁链分析误差从工程上认为是可以接受的。

电气双余度无刷直流电动机转子极弧系数研究

电气双余度是一种常见的无刷直流电动机(Brushless DC motor,BLDCM)的余度形式。极弧系数直接决定着电气双余度BLDCM的电动势(Electromotive force,EMF)的平顶宽度,而EMF波形对电气双余度BLDCM的电磁转矩波动有着直接的影响;并且极弧系数对电气双余度BLDCM的定位转矩也有着显著的影响。本文针对电气双余度BLDCM,研究了极弧系数对其转矩波动的影响。首先分析了由非理想EMF波形引起的电气双余度BLDCM电磁转矩波动;然后,采用电磁场有限元分析,计算和分析了极弧系数对电气双余度BLDCM的EMF波形和定位转矩的影响;进而得到了有助于减小各种转矩波动的极弧系数取值范围。最后通过示例的计算分析给出了电气双余度BLDCM极弧系数选取的参考方法。

双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。