主页 > 产品中心 >

轮毂盘式无铁心永磁同步电机永磁体布局优化

  :从优化永磁体布局的角度开拔,提出将不等厚陈列身手与90°Halbach阵列相毗连设施对磁钢的分列构造阐扬,经由改正磁钢罗列组织以进一步升高盘式无铁心永磁同步电机(以下简称为DCPMSM)气隙磁密的基波幅值及波形的正弦性,到达升高电机功用的方针。本文历程有限元仿线极盘式永磁同步电机举办建模•,分袂拣选不等厚陈列电机模型、不等宽90°Halbach布列电机模型和革新型90°Halbach摆列电机模型进行静态气隙磁场论述斗劲。仿真数据表达•,“不等厚排列技能+90°Halbach阵列”使得周向磁密波形和切

  作者刘福贵 王彦刚 赵健康 刘慧敏 高春兰 河北财富大学电磁场与电器真实性省部共建重心尝试室(天津 300130)

  概要:从优化永磁体构造的角度开拔,提出将不等厚摆列技艺与90°Halbach阵列相连结步骤对磁钢的分列结构发挥,过程刷新磁钢分列布局以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机(以下简称为DCPMSM)气隙磁密的基波幅值及波形的正弦性,达到普及电机功能的办法。本文过程有限元仿线极盘式永磁同步电机举办修模•,分辨选取不等厚排列电机模型、不等宽90°Halbach罗列电机模型和创新型90°Halbach罗列电机模型举办静态气隙磁场发挥比较。仿真数据表达,•“不等厚布列本事+90°Halbach阵列”使得周向磁密波形和切向磁密波形都大为改变,磁场波形更接近于正弦散布特色,此中周向磁密波形畸变率(THD)Bmin可下降到1.35%,气隙周向磁密幅值Bδav普及到0.5465T。

  针对车用永磁同步电机高效率、高功率密度的条款,气隙磁场的波形须为正弦波,幅值应充盈高,以电机磁场为优化主见举行表现[1]。为裁夺电机磁场的优化变量,本文对其磁谈举行定性阐扬,得到了感化磁场的要紧职位是永磁体材料以及组织尺寸。是以•,磁钢尺寸成为磁场优化的枢纽•。将不等厚事理运用于90°Halbach布局,可能分身气隙磁场的幅值与波形,关于降低电机功率密度、灰心转矩脉动[2]等具有火速事理。并且哄骗盘式电机的策动准绳对该特种电机的告急电磁参数举行了推导•,对轴向磁场电机的后续打算供给了理论依附。

  针对永磁同步电机对气隙磁场[3]的要求,降低电机的功用,低重电机的转矩脉动[4]及震荡噪声,电机磁场波形要靠近正弦传布特点。为了统筹以上前提,或许从电机永磁材料、磁钢神情和分列方式等方面探索。永磁体接受磁效用优良的钕铁硼质料•。而看待磁钢结构的钻研,有文献提出屈从气隙磁密波形筹算不等厚磁钢[5-6]和采用不等厚磁钢排列削弱气隙磁密的谐波分量[7],但有很少文献理论地介绍轴向充磁磁钢的不等厚排列旨趣。有学者源委斗劲研商区别角度的Halbach阵列[8],得回最优的罗列形式。90°Halbach阵列充磁较其我角度的简陋[9]、结构摆列轻易、对工艺条件低[10],虽可以知足电机对气隙磁密幅值的前提[11]•,但波形正弦性不够理想。因而•,提出将不等厚陈列技艺与90°Halbach阵列相联贯措施对磁钢的摆列组织[12]实行野心。

  气隙磁密的基波幅值提升以及波形的正弦性对电机的各功效参数具有很垂危的意义。当贯串电机的急急尺寸不变时,通过对磁钢的优化,进步电机气隙磁密的基波幅值,使得电机的电磁转矩和电磁功率获得抬高;波形的正弦性对电机的空载反电动势和转矩脉动有很严实的干系[13]。

  遵从电机电磁参数与气隙磁密的相干,气隙磁密的基波幅值与电机的空载电动势、电磁转矩和电磁功率有稹密的关联。针对创新DCPMSM每极下的匀称气隙磁密的幅值和波形,此刻有很多大众学者对电机的永磁体结构实行钻研,此中,90°Halbach阵列技艺和不等厚摆列得回了很深奥的行使,而且两者相较寻常磁钢摆列,匀称气隙磁密的幅值获取提高,正弦性也有昭彰鼎新。因而•,本文针对气隙磁密的幅值及波形的正弦性,对电机的不等厚分列模型和不等宽90°Halbach阵列模型进行磁场仿线 两个电机模型的磁场仿线 不等厚布列电机模型的磁场仿真

  每极有五块分别厚度的磁钢组成•,中间磁钢厚度由hm1显露,紧邻的里侧两块磁钢厚度为hm2,最外侧两块磁钢厚度是hm3,且满足h

  hm2hm3•。创新三块磁钢的厚度比可以得到幅值、波形均分歧的气隙磁场•。仿真终局表示,鼎新hm

  时••,Bδav与(THD)B随hm2、hm3的转变序次同hm1=15mm的情状:每一个hm1取值都有对应的(THD)Bmin;Bδav随hm2减小同样呈减小趋势,即严重受hm2沾染。由于受尺寸限定,hm

  =12mm对应的6.61%并不是(THD)B的极小值,而是仿真所取到的最小值,但并不感导最终结论。可见,随

  1的无聊改变,(THD)Bmin同样先减后增,故保全最优情况,取(THD)B值为1.70%,此时,Bδav=0.4615T,(hm3,hm2,hm1)=(2•,9,18)•。2.2 不等宽90°Halbach摆列电机模型的磁场仿真每极轴向充磁磁钢与切向充磁磁钢所占的几多角度比值用k表现。不等宽与不等厚旨趣相似,都是刷新磁钢的磁化谋略长度;前者针对切向充磁磁钢,后者针对轴向充磁磁钢。

  波形幅值随比值k的减小而增大,波形由马鞍形波向尖顶波办法发达。减小比值k相当于增大切向充磁磁钢的宽度,由仿真到底易知,增大切向充磁磁钢所占的比例有利于增大磁密幅值•,但波形质料也会变差;而增大k值,则卓殊于增大轴向充磁磁钢的宽度,其极限情状即对应普通的N、S陈列组织,以是波形会向马鞍状发扬。因而,单纯地改善90°Halbach结构一极的宽度比,无法获得理思的收获。

  将轴向不等厚布列行使于90°Halbach阵列每极的两块磁钢,其磁钢平均半径处的切向打开示诡计如图1所示。即原有的每块磁钢造成三块不同轴向厚度的磁钢,中央厚度取为h1,对应的几多角度所占比例为div1;两边厚度为h2•,所占的比例均为div2。

  2=2•.4mm,div1=3.5/6。图3展现的是改造型电机的周向磁密波形,幅值为Bδav=0••.5465T•,且波形奇怪亲近正弦波。与45°Halbach罗列等构造比较•,该模型当然每极磁块数扩大,但在充磁方面还是占优势,且磁密波形也能抵达要求•。图4所示的径向磁密波形,相较90°Halbach究竟组织越发接顶波,永磁体内外径间的磁场改变比较僻静。

  ),再现中心磁钢与两边磁钢所占几许角的比值。详尽优化历程••:(1)k=1。对待维新型的等宽结构,比拟r变革时气隙磁场的改变状况。最先对r=1时的电机模型举行仿线

  仿真结果表明,Bδav随中间磁钢的厚度h1的增大呈高潮趋势,(THD)B则变动为先减小后增大,并在(h1,h

  )取厚度撮合(13,3)时获取最小值;由周向波的变动趋势就不难计算波形质地最佳的景况必位于这组数据的中间某个齐集;径向波形以拼集(12,4)为斜顶波与准平顶波的分水岭••,故(13,3)组关的径向波形位于准平顶波之列。综合阐扬,(13,3)是r=1时的最佳厚度撮合。图5比较了(

  1,h2)取四种范例值的磁场波形。对待r≠1的情景,取比值5:1~1:5之间的8种改进型布局模型举办仿真•。结局再现,(THD)B及周、径向波形随聚集(h1,h2)的蜕化纪律根源同r=1状况:周、径向波形蜕化趋势约略相通;而对付某一特定的r值,对应的(THD)B随h1增大的蜕变满足先减小后增大的次序,(THD)B存在局限最优解(极小值)。但当r取5:1、4.5:1.5、1.5:4.5、1:5四种偏离1:1较远的值时,在本质关理尺寸局限内,(THD)B并不存储极小值,处于发散状态,且对准全体最优解(k=1时)不构成习染•。

  (2)k≠1。关于改造型的不等宽布局,同样令k取5:1~1:5之间的8个比值,仿线环境,仿线所示。据前所述,末了一组数据并非仿真的最佳了局,而是研究到实践尺寸束缚所取的最小值。与表1斗劲,k取2.5:3.5时••,r值对应的(THD)Bmin总体增大,但随r的转化按序却类似,且反应的厚度组合(h

  2)也底子相符。故k=2.5:3.5时,(THD)B的准全局最优解存在,为3.50%,Bδav为0.566T•。由于k取其他们七个比值时,周向磁场的仿真波形畸变率较严浸•,(THD)B的准全局最优解的环境更糟。看待个中任一种取值,r值所对应的(THD)B要么保存极值,但要明白高于前述的两种景况,要么发散、不生存极值。

  过程对90°Halbach组织[14]的仿真,增进轴向充磁磁钢的轴向厚度、将轴向充磁磁钢分离成不同厚度的几多块小磁钢或是增长切向充磁磁钢所占的几许角度等容易地相接不等厚计算的诸多要领都无法得回高质料的波形。于是商酌对一对极的两种充磁磁钢都操纵不等厚希图,将单块的每种充磁磁钢用三块不等厚磁钢包办。这样当然增加了每极磁钢块数,但周向磁密波形和切向磁密波形都大为鼎新•,究竟验证了不等厚罗列操纵于90°Halbach结构的合理性,始末仿真数据显露,(THD)B的最小值为1.35%,对应的k=1,r=3•.5:2•.5,(h1,h2)=(12,2.4),Bδav为0.5465T。综关磋商电机的实际境况,改革型90°Halbach电机采用周向磁密波形畸变率最小所对应的磁钢构造,相对于90°Halbach型和不等厚型电机在气隙磁密基波幅值和波形正弦性上都有所改造•。参考文献:[1]Nair S S,Nalakath S,Dhinagar S J•.Design and analysis of axial flux permanent magnet BLDC motor for automotive applications[C].IEEE International Electric Machines & Drives Conference,2011:1615-1618.

  [3]Li J G,Wu D Y,Zhang X D•.A new permanent-magnet vernier in-wheel motor for electic vehicles [C].Proceedings of IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference,2010.

  [5]方淑丹.永磁直流电动机不等厚瓦形磁钢的蓄意[J].微特电机,1999(1)•:15-18.

莱特币官网