高温高功率密度永磁伺服电机电磁热耦合设计

介绍了一种适应高温、高功率密度永磁伺服电机热设计方法。通过国内外技术发展现状分析,结合高温环境应用,分析永磁交流伺服驱动电机在适应高温、高功率密度方面的电磁、热设计技术难点,通过提升永磁交流伺服电机电磁、热联合设计方法,提升高功率密度永磁伺服电机的高温适应性。

高速高功率密度无轴承永磁薄片电机设计与优化

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。

应急排水抢险车高功率密度便携式潜水电泵的研发及应用

随着我国各大城市内涝频发和洪涝灾害日益严重,应急供排水抢险装备的重要性日益凸显。为满足这一需求,总结了应急排水抢险车及高功率密度潜水电泵技术发展现状,并研发出一种新型大流量潜水电泵,采用永磁同步电机驱动,具有高功率密度、大排量、轻巧便携的特点。为了提高潜水电泵的综合性能,采用数值模拟和试验验证相结合的方法,对潜水电泵内部流动特性进行分析。计算模型为SST k-ω湍流模型,重点选取了0.6Q、0.8Q、0.9Q、1.0Q、1.1Q和1.2Q工况;选取具有代表性的速度分布云图,对比分析不同流量下泵内部流动结构及其变化规律;提取叶轮叶片与导叶叶片的叶片压力载荷曲线。装备了高功率密度便携式潜水电泵的应急排水抢险车具有广阔的应用前景,顺应了应急排水行业发展趋势。本文的研究有助于提升潜水电泵的水动力性能,从而提高防灾救灾能力。

多电飞机中高效高功率密度伺服控制器设计

高效、高功率密度和高功重比是飞机电力作动系统伺服控制器的发展趋势。分析了限制伺服控制器功率密度提升的关键因素,从功率器件、母线电容和机械结构展开研究。采用分立SiC器件多管并联方案,通过权衡效率和功率密度设计功率器件的并联数量;建立电容电流应力、电压纹波与电容的数学关系,给出了最小体积的电容设计方案;采用立体式板卡和双面贴装散热设计了紧凑型机械结构来提升功率密度。最后设计出功率50 kW、功率密度11 kW/L的样机。

一种高功率密度集成的实现浪涌抑制的功率因数校正电路

单相功率因数校正器在需要实现高功率因数、低电流谐波的场合得到了广泛的应用,但是为了提升电路可靠性,需配置浪涌抑制电路,增加了系统体积和质量,在需要高功率密度场景中应用困难。本文设计了一种集成恒流充电浪涌抑制的断续模式功率因数校正电路,实现了高度的集成化,并通过数字控制器集成浪涌抑制算法实现逻辑控制,可省略外接复杂的浪涌抑制电路,极大地降低了电路体积和质量。分析断续模式的交错升压型功率因数校正电路在高功率密度应用场合的优势;阐述变占空比控制的工作机理和优势;最后,搭建了输出功率1 000 W的实验电路,验证设计的有效性。

铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度对高功率密度LED极限光电性能的影响

高功率密度LED器件能实现传统光源和普通LED器件无法实现的诸多功能,将半导体照明技术链推向了一个崭新的高度。在实际应用中,单颗LED器件需要在数百瓦及近100 A电流下工作,铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度均会对该类型LED器件的极限光电性能这一关键指标产生显著影响。本文将单颗极限电功率为300 W和200 W的两种规格的LED蓝光和白光器件,分5μm、100μm和200μm三个焊锡厚度,分别贴片焊接在直径为20 mm、25 mm和32 mm三种不同面积的热电分离铜凸台基板上,测试了当散热器温度分别为25℃、50℃、75℃和100℃时蓝光LED器件光功率、白光LED光通量及其灯板导线焊点间的电压随电流的变化。同时,还研究了铜基板的导电铜箔厚度分别为70μm和140μm时,极限电功率为150 W的蓝光LED器件的I-L特性和I-V特性,并对其极限发光进行了研究。研究结果表明,焊锡厚度、铜基板面积和导电铜箔厚度均会对LED的极限发光强度和工作电压产生明显影响;减小焊锡厚度和增加铜基板面积能显著提高高功率LED器件的极限光强,P110和T90两种规格蓝光LED器件极限光功率的提升幅度高达16%和19%,白光器件极限光通量的提升幅度均高达15%左右;当铜箔厚度由70μm增加到140μm、散热器温度为25℃时,P70蓝光LED的极限光功率提升幅度为9.2%,50℃和75℃时极限光功率提升幅度为12.9%,100℃时极限光功率提升幅度为16.4%。

高功率密度高动态性能毫米波固态发射组件研究

随着雷达发射技术的发展,发射组件小型化、高功率密度化、高动态性能化成为研究的热点与难点。为提升发射组件的功率密度,基于氮化镓(GaN)器件与波导空间合成技术提出一种堆叠式发射组件设计方案,实现波导功分合成网络与组件盒体的一体化集成,同时将多路功放模块堆叠至功分合成网络之上实现组件的高功率密度小型化设计;为提升发射组件的效率,优化其脉冲负载条件下的动态性能,供电单元采用分布式结构,以“半桥LLC+双同步Buck”为主功率拓扑,半桥LLC与同步整流技术的应用实现组件成本的降低与效率的提升,创新性引入状态轨迹控制策略(OTC),在负载突变时,通过采集半桥LLC谐振槽电感电流、谐振电容电压与输出电压实现主拓扑的变频控制,从而优化发射组件的动态性能。以Ka波段200 W固态发射组件为例开展设计,实测结果表明,组件峰值功率达到213 W,平坦度达到±0.2 dB,输出杂散≤-59 dBc,在某频段组件综合效率最大为19.9%,提升了约2.1%,功率密度相比于同波段组件提升了17.98%,达到1 458 W/in3,组件脉冲负载切换动态调整时间提升了19.2%左右,具有明显的优势。

微型高功率密度无刷电动机设计分析

针对微型高功率密度无刷电机,从极槽配合选择、提高仿真计算结果准确性方面对其进行分析,并设计一款产品进行加工生产及试验,验证了设计方法是合理有效的。

小体积高功率密度截割臂温升特性研究

介绍了目前功率密度最大的薄煤层采煤机截割臂。详细分析了截割臂传动系统产热机理,明确了传动系统热量来源。建立了截割臂温度场仿真模型,明确了三轴位置温度最高,其次为一轴位置,通过精准布置冷却装置,有效控制了截割臂温升。截割臂加载试验满足检验要求,为小体积高功率密度截割臂可靠运行提供了保障。

高功率密度采煤机摇臂冷却系统的研究与应用

为解决高功率密度采煤机摇臂散热能力不足的问题,通过分析摇臂传动系统功率损耗和冷却系统散热量之间的理论关系,推导出在热平衡状态下的摇臂冷却系统所需承担的散热量;提出摇臂分布式冷却方法,通过冷却器分布式布置提高摇臂散热效果。在试验台上进行摇臂负载试验,验证了摇臂分布式冷却系统在实际应用中的可行性。

高功率密度DC/DC电源模块结构设计与封装

高效率、高功率密度是DC/DC电源模块永恒的发展趋势。以一种封装尺寸为38.72 mm×22.80 mm×7.21 mm、输出功率为320 W的DC/DC模块电源为研制对象,从结构设计、热设计、封装工艺等方面进行了系统的研究。DC/DC电源模块采用“夹心”工艺结构,以高导热塑封工艺封装,工作温度范围为-55~125℃,可靠性满足航空航天领域高可靠要求。

高功率密度电动机为橡胶制造商带来新机遇

从混炼到挤出、压延、裁切等,电动机在橡胶制造的几乎每一步都至关重要。随着电动机技术在过去十年中迅速发展,最新一代高功率密度电动机克服了旧型号的许多局限性,在尺寸、精度和其他关键方面具有优势;因此,可使橡胶制造商在生产效率方面具有竞争优势。

高功率密度风冷稀土永磁电机磁路与冷却结构优化设计

文章基于高功率密度风冷稀土永磁电机在注塑及设备节能改造领域的应用背景,以内置式永磁电机磁路及冷却结构模型为基础,对原电机方案进行定转子磁路及冷却结构的参数优化。通过有限元仿真对优化方案进行电磁及热仿真分析,并通过样机实验对比验证改善方案可行性,实现电机功率密度提升至1.14倍。

车载充电机高效率高功率密度的关键技术研究

随着电动汽车的普及与发展,对车载充电机的性能要求日益提高。高效率和高功率密度是车载充电机设计的关键指标,直接影响充电速度和能量利用效率。本文围绕车载充电机高效率高功率密度的关键技术展开研究,包括高效功率转换技术、热管理技术、高功率密度拓扑结构设计等多个方面。通过优化电路设计、控制系统设计以及软硬件实现,实现了车载充电机性能的综合提升,为新能源汽车的快速充电提供了有力支持。

YXKK2-355~630系列高压高效高功率密度三相异步电动机

YXKK2-355~630系列高压高效高功率密度三相异步电动机,围绕高能效技术、高功率密度、低振动低噪声、高可靠性等关键设计技术,在电磁、结构、风路、轴承设计、材料选型等方面采取措施,保证了样机测试值与设计值的一致性,同时通过数据对比分析,该系列电机产品在型谱、效率、振动等方面的先进性。

基于分立器件并联的高功率密度碳化硅电机控制器研究

新能源车用的电机控制器通常通过大功率模块来完成,但大功率模块一般成本比较高,体积比较大,资源也有限。该文基于SiC MOSFET分立器件并联设计了一种高功率密度电机控制器,为了从电气和散热角度最大程度地提升材料和空间利用率,实现高功率密度以及分立器件的良好动静态均流,设计了一种新型的电子系统结构,并提出了一种能动态平衡并联MOSFET电流的高抗扰驱动电路以及可实现低寄生电感、大电流以及高散热的适合分立器件并联应用的新型印制电路板(PCB)叠层母排设计方法。提出的电路及方法既有利于实现并联器件的动静态均流,又可以减小寄生电感造成的影响,还可以有效抑制负向串扰电压。对基于上述研究成果开发出的碳化硅电机控制器,经过双脉冲及功率实验,结果表明,设计的分立器件并联控制器并联均流效果好、散热好、功率密度高,在风冷的条件下,实现了效率最高为99.5%,功率密度为60 kW/L,可应用到新能源整车系统中。

高功率密度磁悬浮高速电机支承设计及其磁场仿真

高功率密度电机具有体积小、转速高等特点,被广泛运用于涡轮发动机、飞轮储能等领域。为追求更小的体积和更高效的功率输出,将具有高转速、高效率优点的磁悬浮轴承作为电机的支承系统,可有效地提高电机的转速和功率密度,提升其工作性能。针对高功率密度磁悬浮高速电机,设计电机的支承结构,并对其进行磁场仿真,最后对设计的可行性进行总结。

用于高功率密度光束控制的光寻址光阀研制

为解决光寻址液晶光阀在高功率密度光束控制领域的应用限制,介绍一种可用于高功率密度激光系统的光寻址液晶光阀,该光阀开关比不低于140∶1,可在高于2300 W/cm^(2)的连续激光系统中正常工作。同时,所研制的光阀可在高重频吉瓦(GW)级功率密度的fs脉冲激光系统中正常工作,在该系统最大功率密度激光作用下,光阀未见明显温度变化,该脉冲激光系统最大平均功率密度超过300 W/cm^(2)。

高功率密度柴油机用超高压喷射技术研究

动力领域的高速发展对柴油机功率密度、转速和体积等多项指标均提出了更高的要求。高功率密度柴油机的关键技术开发是提升我国大型农用机械、重型工程机械等性能的有力保障。高功率密度柴油机具有喷油量大的特点,研究适用于高功率密度柴油机的超高压燃油喷射技术具有重要意义。采用数值模拟的方法研究了喷射压力提升对燃油喷雾雾化、燃烧的影响。燃油喷射压力从100 MPa提高到250 MPa,液相喷雾贯穿距变短、气相喷雾占比明显提高,SMD变小;液相喷雾消失时刻提前,平均湍动能增大;随着喷油压力提高,放热率峰值增大,放热时间缩短。采用250 MPa超高压燃油喷射可以提高喷雾雾化质量、加快燃烧速度,有利于柴油机功率密度的提升。

新型强迫风冷散热结构在高功率密度外转子表贴式PMSM上应用分析

全电动飞机用高功率密度外转子永磁同步电机的损耗主要集中在定子铁心和绕组上,导致传统的强迫风冷方式难以将热量通过机壳、端盖传递到外界。为此,首先,该文提出一种基于热管技术的高性能冷却系统,此冷却系统充分利用热管高导热性能,将热管一端插入定子铁心轭部,另一端连接相应的冷却结构进行散热,并综合对比分析了三种不同散热器结构的散热能力。在此基础上,搭建实验测试平台,对所提出冷却系统的散热能力和平均散热系数进行实验测试。其次,为了提高电机的功率密度,采用单齿铁心绕线工艺,降低了绕组铜耗和质量,并对单齿绕线方式下直流铜耗进行解析建模。最后,设计、制作一台22极24槽全电的飞机用外转子表贴式永磁同步电机(SPMSM),测试样机在不同飞行工况下的温升分布情况,验证了所提出冷却系统的有效性。