【摘 要】
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对于常见的永磁直流电机,由于永磁体是唯一的磁源,永磁体的形状和大小直接影响了电机气隙磁场的分布,进而影响了电机的运行性能和振动特险,因此针对永磁体磁极进行优化设计对改善电机性能有着重要的意义。研究表明采用不等厚磁极结构,不仅可以节省永磁体材料,而且可以削弱齿槽转矩,抑制电机转矩波动,改善电机的振动特性。首先,推导了考虑齿槽效应的等厚磁极和不等厚磁极电机径向气隙磁场解析模型。在Maxwell电磁软件
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对于常见的永磁直流电机,由于永磁体是唯一的磁源,永磁体的形状和大小直接影响了电机气隙磁场的分布,进而影响了电机的运行性能和振动特险,因此针对永磁体磁极进行优化设计对改善电机性能有着重要的意义。研究表明采用不等厚磁极结构,不仅可以节省永磁体材料,而且可以削弱齿槽转矩,抑制电机转矩波动,改善电机的振动特性。首先,推导了考虑齿槽效应的等厚磁极和不等厚磁极电机径向气隙磁场解析模型。在Maxwell电磁软件中建立了二维有限元模型,计算了等厚磁极和不等厚磁极电机径向气隙磁场。进而通过对比解析解和有限元解,验证了有限元模型的正确性,为后续的仿真奠定了基础。其次,研究了磁极偏心距离d、永磁体中心厚度hm和极弧系数αp对电机转矩性能、径向电磁力的影响。磁极偏心距离d和极弧系数αp对齿槽转矩的影响较大,而hm和d对电磁转矩的影响较大。径向电磁力的频率主要为600Hz、1200Hz、1800Hz、2400Hz、3000Hz,且600Hz的径向电磁力幅值最大。d和αp对径向电磁力的影响较为明显,尤其是对600Hz的径向电磁力影响较大。然后,建立了不等厚永磁直流电机的三维有限元模型,并进行了模态分析和振动响应特性分析,通过模态与振动实验进行了验证。进一步研究了磁极偏心距离d、永磁体中心厚度hm和极弧系数αp对电机振动特性影响规律。其中d对电磁振动的影响最大,对各个频率下的振动幅值都有影响,其次是气对电机振动的影响,尤其是对2400Hz影响最大,hm对电石磁振动的影响较小。最后,以磁极偏心距离d、永磁体中心厚度hm和极弧系数αp作为自变量,电机的齿槽转矩、电磁转矩、电机振动作为优化目标,通过25组样本建立了 Kriging代理模型,并对代理模型进行了验证,进一步结合粒子群优化算法获得了最优的磁极参数。优化电机不仅改善了电机的振动特性,而且具有较好的电机转矩性能。
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