为了提高永磁同步电动机的气隙磁通密度,降低齿槽转矩,小说与非对称磁极结构提出了汽车。基于并联磁路的特点,建立了磁通路径图。建立了等效磁路模型的等效磁路法。使用田口方法是一个多目标优化算法。气隙磁通密度的总谐波失真是第一个优化目标。第二个和第三个优化目标是齿槽转矩和输出转矩的平均值,分别。转矩脉动是一个约束条件。优化的参数组合是通过田口方法。有限元仿真分析和样机试验进行的优化电机结构。结果表明,气隙磁通密度的总谐波失真是减少36.7%与初始结构进行比较。 The cogging torque is reduced by 26.0%. And the average output torque is increased by 4.8%.
电动汽车在世界各地得到了广泛的关注,因为节能和环境保护的优越性。作为电动汽车的核心技术之一,驱动电动机系统已成为重要组成部分。高功率密度、高效率、宽调速范围已经成为当前的研究方向。目前,电动汽车的驱动电机包括感应电机,直流电机,永磁同步电机(永磁同步电动机)。永磁同步电动机已经成为最具潜力的驱动电动机由于其高功率密度等优点,效率高,结构简单
根据相对位置的永磁转子铁心,永磁同步电动机可以分为表面山类型和内部类型。内部类型可分为三种类型:径向类型、切线类型和混合类型。永磁体的磁化方向是不同的。目前,室内永磁同步电动机在工业工程中得到了广泛的应用。许多汽车戴姆勒等公司、丰田和比亚迪有他们的电动汽车广泛应用室内永磁同步电动机
然而,永磁同步电动机的气隙磁通密度波形类似于一个方波。它有许多更高的谐波。和高齿槽定位转矩不利于输出性能(
针对以上缺点,国内外学者对输出性能的影响进行了研究和不同磁极形状。它决定,气隙磁通密度和齿槽转矩是深受磁极的形状的影响。适当的磁极形状可以提高气隙磁通密度,减少齿槽定位转矩(
为了提高气隙磁通密度和齿槽转矩,本文提出一种永磁同步电动机结构不对称的磁极。建立了等效磁路模型。和有效磁通由等效磁路分析方法。转子结构改善。优化目标是选择。一些关键参数选择优化变量。使用田口方法,提出了一种多目标优化方案。和一个二维有限元法和原型试验是用于验证。
本文提出了永磁同步电动机结构不对称的磁极。其三维结构如图
本文以传统的v形结构,比较结构。每个有效磁通两个极电动机结构进行了分析。图
磁通路径的原理图如上所示。两个电机的等效磁路模型结构建立,分别用等效磁路法。他们在图所示
在图
在图
根据叠加原理,<我nl我ne-formula>
为了获得一个更好的电机几何形状,本文做了一些改进转子结构。转子边缘的形状改变。辅助槽转子内部使用。气隙的长度会变得不均匀。参数优化的一种合适的优化方法。选择和额定操作点的性能进行研究和分析。
改变气隙长度的方法用于本文。气隙长度变得不均匀。和有效磁通方向调整。具体办法如下。辅助槽转子内部使用。它能增强磁化能力,减少转动惯量。辅助槽和一个永久磁铁之间的距离<我nl我ne-formula>
转子结构的优化。
上述改进方法可以提高气隙磁通密度波形。预期的波形的原理图可以表示在图 原理图的气隙磁场强度波形:(a)初始结构和波形;(b)改进结构和预期的波形。
本文使用田口方法来优化参数。田口方法首次提出了Genichi田口博士是日本质量管理专家。它是一个局部优化方法基于正交实验。它可以快速确定多目标的组合优化与最少的实验。的基本设计过程如下: 根据需求确定优化目标
确定优化变量和相应的水平值
建立正交试验矩阵
使用有限元方法解决矩阵正交试验
分析每个优化变量的影响,确定最优参数
验证有限元分析的优化结果
本文使用田口方法优化气隙磁通密度波形,齿槽转矩,转矩的输出。它必须确保转矩波动不会增加。因此,气隙磁通密度的总谐波失真(THD)是第一个优化目标。齿槽转矩(<我nl我ne-formula>
此外,<我nl我ne-formula>
电动机的优化参数和水平值。
优化目标,优化变量和相应的水平值决定。水平值的数量并不是完全相同的。传统的标准正交试验矩阵无法建立。根据田口方法的实验设计原理,建立了非标准正交试验矩阵如表所示 非标准正交试验矩阵。
每个实验的额定操作点性能可以通过二维有限元分析计算方法。正交实验结果如表所示 正交实验结果。
在前面的小节中,每个实验的结果得到的二维有限元法。实验结果的总体平均值可以通过公式计算( 整个实验结果的平均值。
可以计算每一个优化变量的平均值,分别在一定程度的价值。举一个例子,平均价值时可以通过以下公式优化变量<我nl我ne-formula>
(THD的平均值。
的平均值<我nl我ne-formula>
的平均值<我nl我ne-formula>
如果一个单一的目标是优化的,优化组合可以选择表 有必要分析每个优化变量的影响进行多目标优化。根据前面的计算,可以通过公式计算比例( 的比例每个优化变量的影响在优化目标。
在上面的,田口方法的实验结果优化进行了分析。和每个变量的影响的比例的优化目标。可以看出,优化变量<我nl我ne-formula>
水平
1
2
6
没有一个
2
4
6.5
4
3
6
4
4所示。5
4
8
\
\
5
10
\
\
6
12
\
\
实验数
1
1
1
1
2
2
1
2
3
3
1
3
4
4
1
2
5
5
1
3
6
6
1
1
7
1
2
3
8
2
2
1
9
3
2
2
10
4
2
1
11
5
2
2
12
6
2
3
13
1
3
2
14
2
3
3
15
3
3
1
16
4
3
3
17
5
3
1
18
6
3
2
实验数
(THD (%)
1
40.35
298.86
13.32
2
37.93
294.42
13.57
3
37.25
286.83
13.58
4
33.91
277.12
13.60
5
35.86
280.57
13.59
6
38.68
284.29
13.46
7
40.23
297.56
13.32
8
36.95
286.89
13.54
9
37.06
281.55
13.57
10
31.01
274.46
13.78
11
35.67
277.92
13.65
12
37.47
282.65
13.61
13
40.62
364.42
13.45
14
38.27
324.96
13.56
15
37.72
314.61
13.56
16
34.95
297.53
13.71
17
36.82
304.35
13.69
18
37.73
302.57
13.61
(THD (%)
平均值
37.734
302.570
13.606
水平
1
40.40
36.33
36.92
2
37.72
36.40
36.15
3
37.34
37.68
36.34
4
33.29
\
\
5
36.11
\
\
6
37.96
\
\
水平
1
320.28
287.02
294.02
2
302.09
283.51
295.67
3
294.33
318.07
293.91
4
283.04
\
\
5
287.61
\
\
6
289.84
\
\
水平
1
13.36
13.52
13.56
2
13.56
13.60
13.57
3
13.57
13.68
13.65
4
13.70
\
\
5
13.64
\
\
6
13.56
\
\
优化变量
野
党卫军
比例
党卫军
比例
党卫军(<我nl我ne-formula>
比例
4.95
82.66%
265.53
46.48%
12.78
73.17%
0.65
10.89%
281.93
49.35%
2.84
16.28%
0.39
6.45%
23.83
4.17%
1.84
10.55%
总
5.99
100%
571.28
100%
17.46
100%
根据上述优化方案,得到优化后的电机结构和设计。结构如图 优化后电机结构。
静态磁场分析。
优化电机结构分析有限元模拟。气隙磁通密度波形图和谐波分析比较和分析 气隙磁通密度波形及谐波分析:(一)在优化;优化后(b)。
齿槽定位转矩的比较如图 齿槽定位转矩的比较。
输出转矩的比较。
从图可以看出 性能优化前后对比图所示 性能比较之前和之后的优化。
为了验证仿真分析的有效性,优化生产后的转子结构。这是显示在图 转子结构。
齿槽转矩测试平台。
齿槽转矩的实验曲线如图 齿槽转矩试验曲线。
为了获得最大转矩和不对称的磁极永磁同步电动机的效率,有必要测试电动机的特性曲线。测功器试验平台的原型是放在一个完整的负载测试。这是显示在图 测功器试验平台。
电机特性曲线。
在图
本文提出了一种新型非对称磁极为汽车永磁同步电动机。建立了等效磁路模型。许多改善了转子结构。使用田口方法获得每个优化变量的最优解。结合有限元分析和模型试验,验证了结构和优化方法的有效性。此外,一些结论是如下:
这部小说不对称磁极永磁同步电动机具有平行有效磁通。与传统的v形结构相比,总透过降低。和有效磁通增加内容
田口方法用于优化电机结构。非标准矩阵建立了正交试验。实验的原始54集18所取代的组合实验。实验的数量明显减少。和有限元法验证了该方法的有效性
转子的偏心距离的总谐波失真影响最大的气隙磁通密度和平均输出转矩。偏心距离和直线的长度都对齿槽转矩的影响。比例约50%
与优化前的性能相比,总谐波失真的气隙磁通密度降低36.7%。齿槽转矩是下降了26.0%。平均输出扭矩增加了4.8%。和输出转矩脉动是降低16.4%
所有数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
本研究工作是部分支持由中国国家自然科学基金(批准号51975340和51975340)。