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(shè)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。磁場是電機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介，了解并預(yù)測電機內(nèi)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(shè)計與優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)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(yīng)對氣隙磁場分布的影響，并提出穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計方案。
　　本文根據(jù)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(yīng)用，根據(jù)電機定、轉(zhuǎn)子相對位置及轉(zhuǎn)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(chǔ)上，研究氣隙磁密隨電機結(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(yīng)，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(zhuǎn)

3、矩特性。有限元分析結(jié)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(jīng)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(chǎn)生影響。為研究電樞反應(yīng)，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(yù)測電樞磁場分布準確性較好，且齒槽效應(yīng)同樣導(dǎo)致電樞磁場波形畸變嚴重。在此基礎(chǔ)上，將主磁場與電樞磁場相結(jié)合，研究電機電磁轉(zhuǎn)矩特性。
　　Taguchi法是參數(shù)設(shè)計

4、的有效工具，通過配置參數(shù)確保設(shè)計方案的穩(wěn)健性。據(jù)此，利用Taguchi法確定電機結(jié)構(gòu)尺寸、材料屬性等參數(shù)最佳配置，改善氣隙磁場分布，并檢驗各參數(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法對其進行參數(shù)設(shè)計