分段式Halbach陣列永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)分析及穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、Halbach陣列因其特殊的充磁方式，具有磁場(chǎng)分布正弦度好、磁密幅值高、磁屏蔽等特性，在電機(jī)等電磁工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。磁場(chǎng)是電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介，了解并預(yù)測(cè)電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)分布對(duì)認(rèn)識(shí)與理解電機(jī)工作機(jī)制、分析與研究電機(jī)電磁性能、設(shè)計(jì)與優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)具有重要意義。本文針對(duì)分段式Halbach陣列永磁同步電機(jī)，分析其主磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)分布，研究齒槽效應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)分布的影響，并提出穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
　　本文根據(jù)磁場(chǎng)解析基本理論，建立分段式H

2、albach陣列永磁同步電機(jī)空載氣隙磁場(chǎng)解析模型。為便于分析應(yīng)用，根據(jù)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置及轉(zhuǎn)子芯材料屬性對(duì)解析模型整理化簡(jiǎn)，有限元分析表明，解析模型能較好地描述氣隙磁場(chǎng)分布。在此基礎(chǔ)上，研究氣隙磁密隨電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、材料屬性等參數(shù)的變化規(guī)律。
　　永磁同步電機(jī)電樞鐵芯上通常分布有齒、槽，致使氣隙磁密波形畸變加重，電機(jī)運(yùn)行性能惡化。為研究齒槽效應(yīng)，基于子域模型法，建立電樞開槽情況下空載氣隙磁場(chǎng)解析模型，并分析電機(jī)空載反電動(dòng)勢(shì)和齒槽轉(zhuǎn)

3、矩特性。有限元分析結(jié)果表明，解析模型能夠真實(shí)反映電樞開槽對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響，經(jīng)與理想氣隙磁密波形相比，電樞開槽后波形畸變更加嚴(yán)重。
　　永磁同步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電樞磁場(chǎng)將對(duì)主磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。為研究電樞反應(yīng)，相繼建立電樞無槽和開槽時(shí)電樞磁場(chǎng)解析模型，有限元分析表明，解析模型預(yù)測(cè)電樞磁場(chǎng)分布準(zhǔn)確性較好，且齒槽效應(yīng)同樣導(dǎo)致電樞磁場(chǎng)波形畸變嚴(yán)重。在此基礎(chǔ)上，將主磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)相結(jié)合，研究電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩特性。
　　Taguchi法是參數(shù)設(shè)計(jì)

4、的有效工具，通過配置參數(shù)確保設(shè)計(jì)方案的穩(wěn)健性。據(jù)此，利用Taguchi法確定電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、材料屬性等參數(shù)最佳配置，改善氣隙磁場(chǎng)分布，并檢驗(yàn)各參數(shù)影響的顯著性程度。研究結(jié)果表明，各參數(shù)的顯著性程度因輸出特性的不同而變化，且存在不同的最佳參數(shù)組合，具體確定時(shí)應(yīng)權(quán)衡利弊，綜合選擇。
　　粒子群優(yōu)化技術(shù)是一種基于群智能理論的全局優(yōu)化技術(shù)，其調(diào)節(jié)參數(shù)少，易于實(shí)現(xiàn)。由于算法性能優(yōu)劣與參數(shù)配置合理性有關(guān)，首先利用Taguchi法對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)