The Method of Thermoelectric Energy Generations Based on the Axial and Radial Flux Electromagnetic Inductions*

The traditional thermoelectric energy conversion techniques are explained in detail in terms of the axial flux electromagnetic (AFE) and the radial flux electromagnetic (RFE) inductions, and applications to heat engines for the energy-harvesting technologies are discussed. The idea is induced by the analysis of thermomechanical dynamics (TMD) for a nonequilibrium irreversible thermodynamic system of heat engines (a drinking bird, a low temperature Stirling engine), resulting in thermoelectric energy generation different from conventional heat engines. The mechanism of thermoelectric energy conversion can be categorized as the axial flux generator (AFG) and the radial flux generator (RFG). The axial flux generator is helpful for low mechanoelectric energy conversion and activations of waste heat from macroscopic energy generators, such as wind, geothermal, thermal, nuclear power plants and heat-dissipation lines, and the device contributes to solving environmental problems to maintain clean and sustainable energy as one of the energy harvesting technologies.

基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断研究

该文提出一种基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断方法。首先,建立电机的d轴等效磁路模型,分析均匀退磁故障后径向气隙磁密的变化规律;然后,获取电机的径向气隙磁密和定子电流信号,对各极下径向气隙磁密幅值进行归一化处理,并绘制雷达图,根据雷达图和比较相同定子电流幅值下健康电机和故障电机的各极下径向气隙磁密幅值的平均值,来诊断均匀退磁故障;利用空载各极下径向气隙磁密幅值的平均值计算故障程度。最后,仿真和实验结果均验证所提均匀退磁故障诊断方法的有效性。

高效非晶合金电机关键技术研究综述

非晶合金以其优异的低损耗特性在电机领域受到越来越多的关注。对非晶合金电机的研究进展进行梳理,介绍了非晶合金电机相对传统电机的优势,阐述了现阶段非晶合金电机铁心常用的加工工艺以及非晶合金电机的研发应用情况。对非晶合金电机关键技术的研究现状进行总结,包括考虑加工工艺、装配工艺下非晶合金电机铁心损耗与温升的精确计算,径向磁通与轴向磁通非晶合金电机振动噪声的精确计算,非晶合金电机设计优化与前沿应用,并对非晶合金电机未来发展趋势与研究方向进行了展望。

径轴向聚磁型永磁推进电机优化设计与分析

为了进一步实现永磁电机磁负荷和转矩密度的提升,提出了一种径轴向聚磁型永磁推进电机结构,转子永磁体在Halbach径向聚磁结构基础上进一步结合轴向延伸永磁体,实现了永磁磁场的径轴向聚磁。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,利用有限元分析了所提电机结构的电磁性能。首先对比分析了定转子等长结构、定转子不等长(overhang)结构输出性能,并对对称型overhang结构进行了参数化优化,有效提升了电机转矩密度。最后,利用三维有限元模型对比分析了径向overhang和径轴向overhang电机的电磁性能,结果发现径轴向overhang电机空载磁密提升了6%、输出转矩增大了1.3%、转矩脉动减少了0.4%,进一步验证了电机性能的优越性。

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦,且各相之间相互解耦,易于实现模块化和多相化,因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先,该文基于磁场调制原理,对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算,得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量,在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算,得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响;然后,考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题,揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响,并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力,定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响;最后,为避免共振,利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析,结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低,不会引起初级的共振,适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

电动汽车轴径向混合磁通同齿极开关磁阻电机设计与分析

针对传统开关磁阻电机由于转矩脉动大、转矩密度低等缺点限制其在电动汽车驱动电机领域发展的问题,提出了一种新型电动汽车轴径向磁通分段转子开关磁阻电机结构。首先,阐述了新型电机的拓扑结构和工作原理。然后,根据功率方程给出主要设计参数。其次,选取4个结构参数,通过有限元进行正交试验矩阵分析,结合多目标影响程度的权重矩阵选取最佳的参数组合,进一步提高电机性能。最后,通过仿真实验对比和静、动态特性分析,分别验证了轴径向磁通分段转子开关磁阻电机模型的准确性和所提电机结构对于性能提升的有效性。

基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。

球磨机振动仿真及分析

球磨机作为石油化工企业的关键耗能设备,在国民经济中占据核心地位。其采用的永磁直驱系统显著提升了运行效率,并在节能方面取得显著成效。然而,转子与辊筒的一体设计使得偏心等机械问题复杂且突出,同时定转子间缺乏支撑结构,气隙均匀度难以保证,导致转子偏心风险增加,加剧球磨机振动。聚焦于球磨机永磁同步电机的电磁力研究,通过计算径向气隙磁密和电磁力密度,并仿真不同偏心状态下的振动加速度,探究了抑制偏心和减振的方法。本研究旨在为球磨机的稳定运行提供理论和技术支持,以期降低能耗、提升效率,并减少机械故障。

基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计

对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题。该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布。采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析,选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数(RBF)神经网络预测模型。使用多岛遗传算法(MIGA)对筛选的结构参数进行优化,初步获得均匀的温度分布。最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法(RSM)优化电源参数,实现多目标优化设计。仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求。

异步起动永磁同步电机径向电磁力优化分析

异步起动永磁同步电机由于定转子开槽,且转子上有永磁体,气隙磁密谐波含量更高,由气隙磁场产生的径向电磁力谐波较大。现以一台异步起动永磁同步电机为研究对象,通过优化转子磁路结构,改善气隙磁密波形,从而削弱电机的径向电磁力谐波。对比优化前后的电机,优化后电机的径向电磁力谐波得到削弱,电机的空载反电势谐波、齿槽转矩、负载转矩脉动也明显减小,起动转矩波动得到优化。最后通过试验测试了电机的振动加速度和噪声水平,验证了优化设计的合理性和有效性。

磁致伸缩引起的非晶合金永磁电机振动解析计算

磁致伸缩是引起非晶合金永磁电机振动的主要原因之一。基于压磁方程建立了磁致伸缩引起的非晶合金定子铁心振动解析模型。解析模型求解区域分为定子铁心轭部和齿部子域。以振动位移为求解变量,在轭部和齿部分别建立振动微分方程,采用分离变量法求解偏微分方程,并利用边界条件得到待定系数。在解析模型的基础上,推导出电机振动特性解析计算公式。解析模型适用于计算磁致伸缩引起的径向磁通非晶合金永磁电机振动,可计算电机定子铁心振动位移、速度、加速度和应力。利用有限元法对解析法进行验证,表明了该解析方法的有效性。

轴–径向磁通全超导同步电动机的磁场分析

为了简化传统超导电机的低温冷却系统,提出一种新型轴–径向磁通全超导同步电动机,分析该电机的结构特点和工作原理。利用三维有限元法计算了电机的空载磁场分布,对不同轴向超导励磁绕组下的磁场以及轴向磁路对径向磁路的影响进行分析,分析结果通过空载反电动势实验得到了验证。在样机结构基础上,提出一种新型转子结构方案,分析了2种转子结构下的气隙磁场,并对气隙磁密的谐波含量进行了比较,得出一些有益的结论,为该新型大容量电动机的优化设计和性能分析提供参考。

感应电机混合偏心情况下径向电磁激振力的研究

为了分析感应电机在混合偏心情况下气隙磁密与径向电磁激振力的分布情况,本文以一台笼型感应电机为例,采用解析法分析了在混合偏心情况下径向气隙磁密的极对数、频率和幅值,并且通过分析各次磁密谐波之间的相互作用得到了径向电磁激振力的阶次以及幅值的表达式。利用时步有限元仿真的方法,获得了气隙磁密与径向电磁激振力的时空分布情况,并结合二维傅里叶分解方法,求得了径向磁密与径向电磁力的时空频谱,从而解决了感应电机在混合偏心情况下径向电磁激振力求解的问题。文中的计算方法可应用于进一步的混合偏心振动与噪声的分析计算。

MCNP程序计数分段卡存在的问题及解决办法

当应用蒙特卡罗程序(MCNP)的计数分段卡(FS卡)配合其他计数卡进行分段计数时,可能给出错误的计数结果。通过比较FS卡对同一几何体的3种模型的分段计数结果发现,填充形式模型的燃料棒区域的计数结果不正确。其原因在于燃料棒栅元由栅元集合卡(Universe卡)和填充卡(Fill卡)填充得到,而分段计数时MCNP程序认为被填充的栅元仍位于Universe卡定义的几何体处。据此提出了在Universe卡定义的几何体处对被填充栅元进行分段计数的解决方法。对例题的径向中子注量率分布的计算表明,该方法能够解决FS卡对填充形式描述的几何体进行分段计数时出现的错误。

径向磁通式永磁磁力耦合器能效特性试验

为研究径向磁通式永磁磁力耦合器的调速性能及能效特性，搭建了相应的能效测试平台，对其调速性能、耦合器自身损耗及能效特性进行了系统试验研究。试验结果表明，径向磁通式永磁磁力耦合器可在其输入转速的70％-95％范围内表现良好的调速性能。在此范围内，调速特性平滑、调速响应快。自身损耗呈先增大后减小的趋势，在耦合程度为16mm时自身损耗仅为20W。运行效率在调速范围内单调增大，当输出转速为2450r／min时运行效率达到95％。随着转速增加，运行最高效率可达98％，自身损耗仅11W，表现了良好的高效传动特性。

双转子径向永磁电机的设计与有限元分析

介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理及特性,采用解析法分析了其电感参数的计算,并给出了设计依据,最后利用有限元法对所设计的电机进行了静态磁场的分析和电感计算值的验证。结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,而电感计算则可看作串联,电感的解析值与有限元计算值吻合得较好,证明了电机分析和设计的可行性。

考虑磁钢磁化方式的永磁电机空载气隙磁场性能分析

针对磁钢磁化方式影响永磁电机空载气隙磁场性能的问题,建立了永磁电机空载气隙磁场的解析模型.通过对磁钢的两种充磁方式的分析,即径向充磁和两段式Halbach充磁,获得了永磁电机空载气隙磁密径向分量和切向分量的计算方法.选用一台1极12槽永磁有刷直流电机作为对象,利用解析模型计算了空载气隙磁密,通过与有限元仿真结果对比,验证了解析计算结果的正确性.在此基础上,计算了两种充磁方式下的空载气隙磁场径向磁密畸变率,结果显示:永磁有刷直流电机采用两段式Halbach充磁的畸变率明显低于径向充磁.同时,分析了极弧系数、磁钢厚度、极对数、槽口宽与径向磁密畸变率之间的关系,为永磁电机的初始设计提供了参考依据.

双转子径向永磁电机气隙磁密的分析计算

双转子径向永磁电机可以大大提高转矩密度和效率。该文首先简要介绍了双转子径向永磁电机的基本结构、原理、特性及设计依据,然后采用等效磁路法对气隙磁密进行了解析,最后利用有限元法对所设计电机进行了静态磁场的分析和气隙磁密计算值的验证。结果表明,双转子径向永磁电机在磁场上可看作由共用定子铁心的两个传统内、外转子永磁电机并联而成,气隙磁密的解析值和有限元计算值也吻合得较好,证明了分析和设计的可行性。

平均空位径向扩散通量对直拉硅单晶空洞演化影响的相场模拟

直拉硅单晶中空洞的大小和数目对其性能有着至关重要的影响.采用已有的与晶体生长温度场有限元模型相耦合的空洞演化相场模型及其应用程序,模拟研究了不同的平均径向扩散通量对直拉单晶硅生长过程中空洞形貌及其分布状态演化的影响规律.结果表明:平均空位径向扩散通量的变化对于空洞演变阶段性及其形貌特征影响不大;随着平均空位径向扩散通量的增加,空洞的孕育阶段缩短,形核长大阶段延长,空洞平均尺寸及分数增加.

无轴承永磁同步电机无位移传感器系统建模与仿真

为了实现无轴承永磁同步电机无径向位移传感器运行,提出了一种利用磁链推算无轴承永磁同步电机转子径向位移的方法,构建了基于此算法的无轴承永磁同步电机转子径向位置检测系统并对其进行了Matlab/Simulink仿真验证。仿真结果表明,该检测系统能够准确地检测出转子径向位置信号从而能够实现电机在无径向位移传感器情况下稳定运行。