基于敏感度分层优化的Halbach永磁电机电磁振动分析

作     者：高建宁 高锋阳 姚普 宋志翔 杨凯文 高翾宇 徐昊 GAO Jianning;GAO Fengyang;YAO Pu;SONG Zhixiang;YANG Kaiwen;GAO Xuanyu;XU Hao

作者机构：兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 西北工业大学自动化学院西安710072 

出 版 物：《哈尔滨工业大学学报》 (Journal of Harbin Institute of Technology)

年 卷 期：2024年第56卷第7期

页      面：142-153页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52267004) 甘肃省教育厅优秀研究生“创新之星”项目(2022CXZX-618) 

主　　题：内置式永磁同步电机 Halbach永磁体 径向电磁力 定子模态 参数敏感度 响应面法 

摘      要：为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于电磁场和机械场耦合的电磁振动分析方案,对电机径向电磁力进行时间空间阶次傅里叶分解,在机械场中,分析电机定子在不同频率下的振动加速度幅值大小,并计算出定子各阶模态。在此基础上,基于响应面法和多目标遗传算法构建电机参数敏感度分层优化方案,并求得样本点帕累托前沿从而确定电机最优参数,将优化后的电机与普通V型内置式电机进行比较。最后,在机械场中仿真得到转子所受等效应力和总变形,验证得所提电机结构符合机械设计要求。分析结果表明:所提出结构电机在不损失电磁转矩的基础上,径向电磁力幅值大幅度降低,抑制了齿槽转矩,改善了气隙磁密和反电势的正弦度,在提高电机电磁性能的同时抑制了电磁振动的发生。