AFPM型轮毂驱动电机研究综述

新能源汽车产业化是推动汽车产业可持续发展的重要途径,是解决当前能源短缺与环境问题的关键举措。电动汽车作为新能源汽车的重要发展方向,将在未来汽车产业竞争中起到至关重要的作用,其中尤以轮毂驱动方式的电动汽车最为突出。轴向磁通永磁无刷电机以其结构紧凑、功率密度高、工作噪声低以及散热性能好等优点逐渐成为轮毂驱动装置的优选对象。在对AFPM电机技术研究现状进行阐述的基础上,着重分析了AFPM电机在轮毂驱动方面的工程应用及存在的技术问题,尤其是AFPM电机与其他系统的匹配和在高负荷工况下的散热技术问题,并对其在未来汽车行业发展中将起到的关键作用进行了展望。研究结果对AFPM电机在新能源汽车领域的技术应用具有一定的参考价值。

全球炼油业发展趋势——来自“第116届美国燃料与石油化工生产商(AFPM)会议”的主要观点

第116届美国燃料与石油化工生产商(AFPM)会议的主要报告,反映了全球炼油行业发展趋势:1)随着多元竞争的新时代到来,石油将从运输燃料的"垄断地位"转变为"主要参与者";2)受汽车燃油经济性提高及电动汽车逐渐普及等综合影响,石油需求增长与经济发展出现脱钩现象,未来柴油等馏分油需求增速高于汽油;3)炼油行业需要与汽车行业共同努力,在提高燃油经济性的同时使炼厂成本保持在合理水平;4)即将实施的船用燃料油新标准,将对高硫燃料油产量较大的欧洲炼油业产生较大影响;5)未来数字化技术及网络安全技术对炼化行业的影响将越来越大。

炼油技术新进展——2013年AFPM年会论文综述

全球经济持续低迷、原油质量重劣质化趋势加剧以及油品质量标准日趋严格使得炼油工业面临着更加严峻的挑战,同时也推动了炼油催化剂及工艺技术的改进与突破。本工作基于2013年AFPM年会论文,综述了包括油砂沥青加工技术、加氢处理/裂化技术、催化裂化技术、延迟焦化技术、烷基化技术等炼油技术新进展,并提出炼油技术今后的研究重点和发展方向。

一种功率型无铁芯AFPM电机绕组涡流损耗抑制方法

用于水下航行体推进装置的功率型无铁芯永磁盘式(AFPM)电机定子绕组由于直接暴露在交变磁场中,会产生很大的涡流损耗,从而影响电机性能。本文推导了2种截面导体在交变磁场中的涡流损耗计算公式,提出了使用股间绝缘细绞合线代替原有扁平矩形导线来减少涡流损耗,建立了等效直线电机2D有限元模型,分析计算了绕组涡流损耗,同时通过11 kW原理样机损耗试验,验证了相关理论与计算方法的可行性和准确性。

中国石油组团参加2015年AFPM年会和世界石化大会

2015年3月21日至29日,由集团公司科技管理部、石油化工研究院和兰州石化公司组成的中国石油代表团一行4人赴美国参加了2015年AFPM年会（113届）和世界石化大会（WPC）,并访问了中国石油休斯顿研发中心。AFPM年会由美国燃料与石化生产商协会主办,是世界上规模最大和最重要的炼油技术交流会议。来自120多家世界炼油公司1500多名代表参加了会议。

炼油行业发展趋势及可持续发展面临的挑战--第117届AFPM年会综述

对2019年第117届美国燃料和石化生产商组织年会(AFPM)内容进行了总结,主要包括全球及美国炼油和石化行业发展趋势以及面临的法规等方面的挑战、催化裂化和加氢等炼油工艺工程技术和催化剂技术的进展、生物燃料技术、安全环保技术、数字化及智能化技术发展,同时也介绍了人力资源等可持续发展面临的问题和挑战。

多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制

针对多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁(hybrid excited axial field permanent magnet,HE-AFPM)电机中电励磁磁场与电枢磁场之间矢量耦合、端部漏磁等导致的电机参数非线性变化问题,该文提出一种混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制方法。详细分析HE-AFPM电机拓扑结构及参数变化特性;引入多矢量模型预测电流控制,理论推导分析HE-AFPM电机参数对控制系统的敏感性。在此基础上,将多矢量预测模型作为自适应控制的可调模型,降低了控制算法的复杂度和控制系统的计算负荷,提高了控制系统响应速度;依据波波夫(Popov)超稳定理论,引入3个不等式稳定判据设计各参数的自适应律,可实现多变运行工况下的HE-AFPM电机磁链、自感、互感等参数的有效识别,提高了控制模型的准确性和电流跟踪性能。最后,通过实验验证所提出的自适应模型预测电流控制的有效性。

欧美炼油技术总体发展趋势及启示

对近些年来美国和欧洲炼油行业面临的形势和相关炼油技术发展进行梳理,分析发展脉络和未来发展趋势。汽车尾气和炼厂排放标准日益严格、油气资源供应的变化以及生物燃料和碳减排等标准和政策的出台推动着炼油技术不断发展升级。能源安全、原材料的可获得性以及技术经济性是炼油行业始终要重点考虑的问题。未来保障能源安全和实现碳中和目标将会推动炼油继续向化工转型、加工低碳原料、可再生能源在炼厂的耦合以及碳捕集封存和利用技术在炼厂大规模部署。采用何种技术方案或技术方案组合受政策影响很大,还需深入研究政策走向,谨慎把握产业化进程,从原料可获得性、全生命周期角度科学筛选低碳技术研发方向。

无磁轭分块电枢盘式电机齿槽转矩优化设计

为了满足定子无磁轭分块电枢(yokeless and segmented armature,YASA)轴向磁通永磁电机作为车用牵引电机时对输出转矩高平稳性的要求,提出一种基于永磁体径向均匀分段、分组同向偏移的方法来抑制YASA电机的齿槽转矩,以降低转矩脉动。应用三维有限元分析,分别研究了3种不同的永磁体分段方案对齿槽转矩的削弱效果,确定了磁极的最优偏转角度及其对电机综合性能的影响。仿真结果验证了该方法的可行性。YASA电机的齿槽转矩降低了92.62%,额定工况下转矩脉动下降了72.02%,永磁体涡流损耗降低91.28%,同时输出转矩下降不超过5.34%,提高了YASA电机的综合性能。

轴向磁通永磁电机冷却结构设计与温度场分析

为解决轴向磁通永磁电机散热难题,通过降低永磁体涡流损耗并采用水冷方式来限制电机温升。以一台25 kW、3000 r/min轴向磁通永磁电机为研究对象,分析永磁体分块对永磁体涡流的影响,确定永磁体分5段为综合最佳方案。设计两种水冷结构,分别是轴向内外螺旋水道和轴向内外U形水道。通过建立电机温度场分析模型,进行流固耦合的仿真计算,对比两种水冷结构的冷却效果,结果表明,U形结构冷却效果优于螺旋结构。

石油炼制展望——2013年AFPM(美国燃料与石化协会)年会综述

来自美国页岩沉积地和加拿大油砂原油产量的增加,为北美炼制商提供了机遇,即可获得有成本优势的原料。然而,由于这些地区原油性质的变化,对炼油企业优化其产品模式带来了挑战。

应用新型Halbach阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机性能分析

本文针对定子为印刷线路板(printed circuit board,PCB)结构的轴向磁通永磁电机的特点,将一种新型的Halbach永磁体阵列应用于该永磁电机中,并对其性能参数进行分析。通过与传统Halbach永磁体阵列的无铁心轴向磁通永磁电机相比可知:应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机在相同尺寸及同等永磁体用量条件下,具有更高的气隙磁密及每极磁通,可获得更高的空载反电势,同时有效地降低了漏磁,使得气隙磁密更接近正弦波,电机的整体性能得到了提升。有限元分析结果和样机的对比试验证明了应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机的合理性和有效性。为PCB定子轴向磁通永磁电机的设计提供一定的参考。

磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机的设计与分析

在现有Halbach阵列永磁电机的基础上,提出了一种磁极组合式的Halbach永磁阵列轴向磁场无铁心电机,阐述了该电机的结构与优点,分析了该电机的电磁转矩。借助三维有限元分析方法,优化设计了组成转子磁极的Halbach永磁材料、软磁材料尺寸。在综合考虑单位体积永磁体所产生电磁转矩和气隙磁密正弦性的基础上,确定了电机转子磁极上轴向磁化、切向磁化永磁体以及软磁材料的极弧系数。与传统Halbach结构轴向磁场无铁心永磁电机相比,优化后的磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机,在保证气隙磁密大小一定的基础上,减少了永磁体用量,降低电机造价,从而提高了电机性价比。样机实验和有限元分析结果验证了所设计电机的正确性和有效性。

基于计算流体力学的非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计

采用一种新型材料——非晶合金作为轴向磁通永磁(AFPM)电机的定子铁心。研制非晶合金和硅钢片两种材料的定子铁心,对其损耗特性进行对比,实验数据显示非晶合金替代常规硅钢片作为电机铁心,能够降低电机的铁耗,但是同时由于高频率的选择使得电机转子部分等损耗有所增加。为进一步提高非晶合金轴向磁通永磁电机冷却效率,优化电机设计保证电机的安全运行,对该类电机的冷却系统进行设计。研究四种冷却结构并建立相应的三维流体场数学模型和物理模型,基于计算流体力学(CFD)理论基础,通过有限体积法,在相同的计算条件、网格划分前提下,研究四种冷却结构的热特性和流动特性。优选出螺旋型结构并对其进行具体尺寸参数设计,最后对无隔水板和螺旋结构进行温升试验。试验结果表明,螺旋结构的绕组和转子冷却效率高出无隔水板结构33.1%和26.5%,为该类新型材料的永磁电机冷却结构设计及电磁方案优化提供了指导。

Halbach阵列盘式永磁电机的解析计算

以一台Halbach阵列盘式永磁电机为对象,采用精确子域法,在直角坐标系下推导该电机空载气隙磁场的解析计算方法。该方法通过分离Halbach永磁体,得到各永磁体的磁化强度,通过叠加法合成最终磁化强度,根据边界条件求解电机的磁场,继而获得相关电磁性能。将有限元计算结果和实验结果分别与解析计算结果进行对比,结果表明所推导的解析方法具有较高的精度。该文所述模型可推广至绝大部分Halbach阵列结构,对该类型电机的快速计算具有一定的指导意义。

轴向磁通电机中Halbach阵列永磁体的解析优化方法

为了进一步增大采用软磁复合材料铁心的轴向磁通永磁电机的电磁转矩,针对其不等宽的两段式Halbach阵列永磁体进行解析优化,利用无槽2D等效模型和有槽气隙相对磁导率解析了气隙磁场和电磁性能;进而基于电磁转矩的导数和复化求积公式推导了使电磁转矩最大化的Halbach阵列最优轴向充磁系数的表达式;采用轴向磁通永磁电机的3D有限元方法分析验证了气隙磁场、反电动势、电磁转矩以及Halbach阵列最优轴向充磁系数的解析解的准确性。Halbach阵列解析优化的结果表明:当轴向充磁系数为0.82时,轴向磁通永磁电机的电磁转矩达到最大;最优轴向充磁系数取决于极对数、永磁体厚度、电机径向尺寸和气隙宽度等;当极对数为5时,最优轴向充磁系数会随着永磁体厚度的增加而减小,而电机径向尺寸的增加会导致最优轴向充磁系数的增大;气隙宽度对最优轴向充磁系数的影响较小,基本可以忽略。

基于效率及温升的轴向磁通永磁电机优化设计

从定子无铁心轴向磁通永磁电机高效率低温升的优化设计目标出发,对拟设计电机进行单变量参数化分析和多维优化设计。通过建立无铁心轴向磁通永磁电机的参数化等效磁网络模型和集总参数等效热网络模型,并使用MATLAB编程计算各组参数下电机的各部分损耗、电机效率及各部分温升变化,实现电机的参数分析和性能计算。文中综合考虑电机效率和温升最优区域在多维设计空间的分布,寻找满足约束条件的最优设计值,并根据优化设计的电机参数设计一台无铁心轴向磁通永磁电机,实测典型工况下电机的性能,与仿真的电机效率和温升结果进行对比,验证了优化设计方法的可行性和有效性。

利用分段式二维有限元法设计盘式永磁电机

提出了一种分段式二维有限元的方法来计算盘式电机的磁场分布和电机的反电势,以代替三维有限元方法,提高电机设计的效率。分别对扇形磁钢、圆形磁钢无定子铁心结构的盘式电机进行分析、计算,并对二维有限元法计算结果与三维有限元法进行对比分析,并设计研制了一台扇形磁钢的样机,以验证分段式二维法有限元法的正确性。

轴向磁通永磁同步电机发展综述

阐述了轴向磁通永磁电机在结构设计、电磁性能分析、损耗与热分析、调速以及应用方面的发展。重点介绍了轴向磁通永磁电机的设计和电磁性能分析。