分段式Halbach陣列永磁同步電機磁場分析及穩(wěn)健性優(yōu)化設計.pdf

1、Halbach陣列因其特殊的充磁方式，具有磁場分布正弦度好、磁密幅值高、磁屏蔽等特性，在電機等電磁工程領域得到廣泛應用。磁場是電機實現(xiàn)能量轉換的媒介，了解并預測電機內磁場分布對認識與理解電機工作機制、分析與研究電機電磁性能、設計與優(yōu)化電機結構具有重要意義。本文針對分段式Halbach陣列永磁同步電機，分析其主磁場與電樞磁場分布，研究齒槽效應對氣隙磁場分布的影響，并提出穩(wěn)健性優(yōu)化設計方案。
　　本文根據磁場解析基本理論，建立分段式H

2、albach陣列永磁同步電機空載氣隙磁場解析模型。為便于分析應用，根據電機定、轉子相對位置及轉子芯材料屬性對解析模型整理化簡，有限元分析表明，解析模型能較好地描述氣隙磁場分布。在此基礎上，研究氣隙磁密隨電機結構尺寸、材料屬性等參數的變化規(guī)律。
　　永磁同步電機電樞鐵芯上通常分布有齒、槽，致使氣隙磁密波形畸變加重，電機運行性能惡化。為研究齒槽效應，基于子域模型法，建立電樞開槽情況下空載氣隙磁場解析模型，并分析電機空載反電動勢和齒槽轉

3、矩特性。有限元分析結果表明，解析模型能夠真實反映電樞開槽對氣隙磁場的影響，經與理想氣隙磁密波形相比，電樞開槽后波形畸變更加嚴重。
　　永磁同步電機正常運行時，電樞磁場將對主磁場產生影響。為研究電樞反應，相繼建立電樞無槽和開槽時電樞磁場解析模型，有限元分析表明，解析模型預測電樞磁場分布準確性較好，且齒槽效應同樣導致電樞磁場波形畸變嚴重。在此基礎上，將主磁場與電樞磁場相結合，研究電機電磁轉矩特性。
　　Taguchi法是參數設計

4、的有效工具，通過配置參數確保設計方案的穩(wěn)健性。據此，利用Taguchi法確定電機結構尺寸、材料屬性等參數最佳配置，改善氣隙磁場分布，并檢驗各參數影響的顯著性程度。研究結果表明，各參數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組合，具體確定時應權衡利弊，綜合選擇。
　　粒子群優(yōu)化技術是一種基于群智能理論的全局優(yōu)化技術，其調節(jié)參數少，易于實現(xiàn)。由于算法性能優(yōu)劣與參數配置合理性有關，首先利用Taguchi法對其進行參數設計