摘要：传统无轴承电机在高速和高功率密度之间难以取得平衡,为此围绕高速高功率密度无轴承永磁薄片电机,对其拓扑结构、绕组形式、主要尺寸等方面进行优化设计,在保证转速和功率密度的基础上有效地提升悬浮性能。通过对运行工况的分析,得出电机拓扑结构需具备的基本特点,提出一种采用环形集成绕组的表贴式无轴承永磁薄片电机。在兼顾转矩和悬浮力输出性能、机械防护可靠性的基础上,对电机的电磁气隙长度和永磁体参数等主要尺寸进行优化设计。针对电机饱和、绕组端部伸出等不利因素,分别采取了超前角弱磁、定子略长的性能提升策略,有效地避免了悬浮力的大幅度跌落。搭建20 000 r/min的无轴承永磁薄片电机有限元仿真模型并制造实物样机。通过对电磁转矩和主、被动悬浮力的分析,证明了本文设计的无轴承永磁薄片电机兼具良好的转矩与悬浮力输出性能,单位幅值电流产生的电磁转矩、主动悬浮力分别为0.166 N·m、4.4 N,电机输出功率10 kW、功率密度5.2 kW/kg。

摘要：针对无轴承电机采用的传统双绕组结构设计复杂、铜损耗大、功率密度低的问题,提出一种基于槽号相位图法的并联式集成绕组快速设计方法,这一绕组结构能有效提升定子槽利用率,显著降低绕组端部长度,提高无轴承电机的工作效率。通过分析并联式集成绕组的结构特点,得出流经各线圈的电流情况并结合无轴承电机的特点推导该类绕组的设计与优化准则。对比基于槽矢量星形图法的绕组分相过程,说明了改用槽号相位图法的优势,这一方法显著简化了设计步骤,并能与程序自动设计结合快速实现绕组分相。搭建一台21000 r/min的表贴式高速无轴承永磁薄片电机的有限元仿真模型并进行仿真分析,通过对电机的电磁转矩、主动悬浮力及可控特性、被动悬浮力的分析,证明采用并联式集成绕组的无轴承电机兼具良好的电磁性能与悬浮能力。

摘要：五自由度盘式无轴承电机(five degrees of freedom controlled bearingless axial flux motor,5-DOF BLAM)因其可以依靠电磁力实现转子全自由度的主动悬浮,且具有无摩擦、无污染、免维护、寿命长等优点,在医药、半导体、航空航天等领域有潜在的应用前景,受到研究人员的广泛关注。根据转子所带负载的不同,5-DOF BLAM各自由度对主动悬浮力、力矩的要求也不同。因此,优化5-DOF BLAM使其能够在最小的悬浮电流下满足转子负载对各自由度主动悬浮力、力矩的需求是5-DOF BLAM设计中的重要环节。该文对任意转子极对数下5-DOF BLAM各自由度的悬浮机理进行分析,并根据分析结果给出3条5-DOF BLAM通用的控制与设计准则。然后,基于所得通用准则设计一款转子7对极的5-DOF BLAM,并对其进行有限元分析。分析结果证明了前两条通用准则的正确性。同时,仿真分析不同定转子内外径与裂比下,5-DOF BLAM各自由度主动悬浮力、力矩的变化规律,证实了第3条通用准则的正确性。最后,基于样机与实验平台测试了该文设计的5-DOF BLAM的悬浮过程。实验结果表明,该文设计的5-DOF BLAM能够根据通用准则实现各自由度独立解耦控制,5-DOF BLAM转子能够实现五自由度稳定悬浮。

摘要：研究了一种基于有限元、差分进化算法与帕累托算法的智能自动优化方法,可以改进内置永磁电机用于车用驱动系统时传统优化算法在多变量、多目标优化方面存在的所需评估模型众多,优化时间长,在优化目标指标范围内优化结果单一等不足,并针对一台内嵌式永磁同步电机进行了仿真优化及对比。结果表明,该算法可以给出接近,甚至优于人工优化的一系列符合优化目标指标范围的结果,可以直观地选取优化结果中的最适最优电机参数组合,同时优化时间只有人工优化的十分之一,大幅提升了电机研发与设计的效率与质量。