飞轮储能用永磁同步电机气隙磁通密度波形优化

为了优化气隙磁通密度波形的幅值与正弦畸变率2个关键指标,提出了一种基于Kriging模型与差分进化算法(differential evolution algorithm,DEA)相结合的多目标优化方法。首先,通过对飞轮储能用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor for flywheel energy storage,FPMSM)有限元模型进行拉丁超立方体采样(Latin hypercube sampling,LHS),取得样本数据,并引入Kriging算法建立对应的替代模型;其次,利用DEA对影响气隙磁通密度波形的关键结构参数进行全局优化,给出Pareto最优解;最后,对Pareto最优解集的3种优化方案与原始方案进行对比分析和有限元验证。结果表明,所提FPMSM气隙磁通密度波形多目标优化方法能够使气隙磁通密度波形在幅值提高的同时,正弦畸变率显著降低。

离散Halbach永磁电动机气隙磁通密度特点及其空载电动势波形优化

利用离散Halbach阵列气隙磁通密度分布特点,合理选择电动机转子结构参数,对发挥永磁体潜力至关重要。文中采用电磁场有限元数值计算方法,揭示离散Halbach阵列气隙磁通密度的谐波和基波与每极磁体数、磁体厚度以及极对数之间的变化规律。并以此为依据设计样机一台,实验结果验证了有限元模型的正确性。同时进一步以样机的结构参数为基础,对反电动势进行优化,提出一种削弱集中非叠绕组结构空载电动势谐波的方法,为离散Halbach阵列集中非叠绕组电机设计提供参考。

基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量及分析

在磁力轴承转子3种转速(1080r/min、1320r/min和1500r/min)以及6种线圈电流(0.5A、1A、1.5A、2.0A、2.5A和2.95A)的条件下,通过光纤布喇格光栅传感装置对磁力轴承定子与转子之间的气隙磁通密度进行了动态测量,并对测量结果进行了FFT分析,测量结果与有限元计算结果达到一定的一致性,验证了FBG传感装置对旋转状态下气隙磁通密度的测量具有可行性。

电磁阻尼器气隙磁通密度对力矩特性的影响

电磁阻尼器气隙磁场的磁感应强度是影响阻尼力矩大小的重要因素。基于有限元电磁场分析软件MagNet建立三维仿真模型,在0～5 000 r/min转速范围内进行三维瞬态运动仿真,通过改变磁钢材料和磁极对数,研究了气隙磁通密度变化对力矩特性的影响。仿真获知电磁阻尼器阻尼力矩与气隙磁密基波幅值的平方成正比关系。

基于匝数气隙双分段的改进绕组函数解析分析方法

可变磁阻旋转变压器由于其耐高温、受机械振动影响小、结构简单等优点广泛应用于恶劣工作环境的转子位置检测。此前工作提出了一种内定子变磁阻旋转变压器径向集成在永磁同步电机中的混合双定子电机结构,并采用改进绕组函数法(Modified winding function approach,MWFA)对其磁场分布和电磁参数进行解析分析。然而,解析计算得到的气隙磁通密度在槽开口处与有限元分析结果相比仍存在偏差。为此,提出分段绕组函数法(Segmented winding function method,SWFM),通过考虑磁场和绕组的实际分布,对气隙和线圈匝数函数进行分段处理,进一步提高解析计算结果的精确性。利用该方法计算气隙磁通密度和励磁绕组自感,并将SWFM和MWFA结果与有限元分析进行对比,验证所提方法的有效性。

分段供电交流直线电机中偏置磁通密度的分析及其消除方法

对长初级分段供电直线电机中的静态纵向端部效应进行了研究。分析发现,对于采用常规单层分布绕组型式的直线电机,即使通入三相对称电流,通电段气隙磁场中依然会有较大的脉振偏置分量,未通电段部分也会有一定大小的脉振磁场,从而导致气隙磁通密度、轭部磁通密度幅值的增大,继而导致铁耗及电机重量的增加。为了解决这个问题,文中基于通电段端部两个极下线圈匝数的优化,提出了一种新型绕组型式。最后,通过解析理论分析及有限元仿真验证,证明了文中所提方法的有效性。

极间隔断Halbach型磁钢的永磁同步电机气隙磁场解析计算及参数分析

提出将分块式Halbach型磁钢的单片磁钢角度与充磁夹角作为分析参数,获得基于这两个参数的永磁同步电机的气隙磁场解析模型;系统分析了磁钢厚度、单片磁钢角度与充磁夹角对气隙磁通密度的影响;提出一种性能优于传统Halbach型磁钢的极间隔断Halbach型磁钢新方案,以获得径向气隙磁通密度更高的基波幅值与更低的波形正弦性畸变率为目标,分析获得不同极对数下该类磁钢的优化设计方案。通过有限元分析验证了解析模型的正确性,并验证了合理设计的极间隔断Halbach型磁钢的优越性。

Halbach型磁钢的永磁电机气隙磁场解析计算

随着稀土材料价格上涨、永磁电机成本增加,合理的设计Halbach磁体结构,可充分挖掘Halbach永磁电机磁钢的潜力。分析了每极三块的Halbach磁体磁化规律,建立了Halbach型永磁电机气隙磁通密度的解析模型,该解析法计算的气隙磁场与有限元方法计算结果吻合,验证了解析模型的正确性;研究了充磁角度对气隙磁通密度的影响,结合充磁角度传统计算公式,给出了极间有间隔的Halbach磁体充磁角度的计算公式;通过解析模型分析极弧系数和极对数对Halbach永磁电机气隙磁通密度切向分量的基波幅值和波形正弦性畸变率的影响,给出不同极弧系数、充磁方式和极对数时Halbach永磁电机气隙磁场的变化规律。

一种粒子谱仪用高均匀性高磁通密度永磁组件

研制的永磁组件采用主辅永磁体和匀场技术相结合的改进C型磁路结构,利用计算机仿真技术对组件磁路结构进行验证及优化。仿真分析及实验结果表明:采用这种磁路结构扩大了均匀区的范围,提高了磁场均匀性。按这种结构制造的永磁组件在20mm气隙、中心平面200mm×120mm均匀区内气隙磁通密度达到0.75T,不均匀度为0.67%。另外,也对永磁组件在高低温下的磁性能进行了仿真计算,结果表明:在-55～70℃温度范围内均匀区的气隙磁通密度变化为4%左右。

Halbach阵列在混合径向磁悬浮轴承中应用设计与特性分析

针对混合磁轴承传统偏置永磁结构永磁体承载能力不高、涡流损耗较大等问题,提出一种2极3段式Halbach磁环阵列型偏置磁场结构,运用ANSYS Electronics Desktop软件建立其2D、3D有限元仿真模型,仿真结果表明其单边聚磁效果明显增强。进一步研究了极弧系数、磁化夹角、主副磁极拓扑结构等关键设计参数对Halbach混合径向磁轴承磁悬浮力的影响规律,给出了提高永磁体利用效率、降低涡流损耗的参数设计方法。

基于磁性槽楔修正模型的感应电动机气隙磁场的分布磁路法

为能够兼顾磁性槽楔感应电动机气隙磁场的计算速度与计算精度,该文在考虑磁路饱和效应的分布磁路法基础上,进一步通过有限元法考虑了磁性槽楔作用下的齿槽效应,即基于电机齿槽结构简化有限元模型,计算出计及磁性槽楔作用的卡氏系数与气隙比磁导。通过计及磁性槽楔作用的卡氏系数对感应电动机的分布磁路模型进行修正,并基于该修正模型计算出考虑磁路饱和效应的磁性槽楔感应电动机气隙磁动势;通过计及磁性槽楔作用的气隙比磁导,可计算出磁性槽楔感应电动机的气隙磁导;基于计算出的气隙磁动势与气隙磁导,可得到磁性槽楔感应电动机的气隙磁通密度。该文所提方法与有限元法的计算结果吻合良好,证明了该方法的合理性与准确性,并进一步基于该方法研究了不同磁性槽楔磁导率下齿谐波磁通密度的变化规律。

基于等效磁化电流法的永磁同步直线电机静态气隙磁场计算

以1FN3100永磁同步直线电机为研究对象,基于解析法,给出了该直线电机二维稳态场的气隙磁场分布的计算公式,在此基础上,利用MATLAB数学工具绘出了1FN3100永磁同步直线电机的气隙磁密分布曲线。该方法为研究直线电机隔磁防护、推力波动、涡流损耗等热点和难点问题打下了基础。

考虑热影响的永磁液冷缓速器制动力矩模型

针对传统液冷缓速器制动力矩热衰减的问题,提出了一种变速器前置式永磁液冷缓速器。基于等效磁路法和分段函数法建立了考虑缓速器漏磁影响的静/瞬态气隙磁场的计算模型,基于瞬态气隙磁场模型得到了永磁液冷缓速器制动力矩模型,并通过有限元分析方法进行了验证。基于建立的制动力矩模型并根据电热耦合理论,建立了考虑温度影响的涡流制动力矩迭代计算模型。台架试验结果表明:制动力矩模型计算值与制动力矩-转速特性试验吻合良好;考虑温度影响的制动力矩的迭代模型计算的力矩值与持续制动试验结果吻合良好,误差在7%以内。

永磁同步轮毂电机设计与电磁特性分析

为进一步探究轮毂电机的电磁特性,使汽车获得更高的输出转矩,针对具体车型轮毂电机进行设计与研究。根据某型车的动力性能要求对轮毂电机的尺寸参数进行计算与设计,并对轮毂电机进行三维建模。利用Maxwell建立电机的数学模型,并通过槽满率和磁场强度的分布规律验证模型可靠性。通过仿真分析所设计的永磁同步电机在空载和负载2种工况下的气隙磁通密度和反电动势,对比分析不同槽口宽度对电磁转矩的影响。结果表明:所设计的电机在额定工况下的最大转矩为123.918 N⋅m,最小转矩为115.9696 N⋅m,可以满足该型车的设计使用要求;当电机槽口宽度为5 mm时,可以获得最稳定的输出转矩和最符合该车的动力性能。研究结果为优化汽车轮毂电机的电磁特性和提升整车动力性提供了参考。

无刷双馈电机(BDFM)定子设计研究

随着科学理论的不断创新,经过百余年的不断发展,BDFM在不断趋近于成熟,逐渐被广泛的应用于工业及其他领域中。本文对无刷双馈电机的定子设计进行了研究,具体分析了定子功率分配关系及主要尺寸的确定方法,定子绕组的气隙密度及电负荷选取、定子绕组极对数、形式的选择和定子绕组设计方案。

一种无铁Halbach型永磁直线电机

提出一种用于驱动高精度平面电机的无铁永磁直线电机结构,并制作了同尺寸的Halbach阵列型和径向阵列型样机进行对比研究。分析了Halbach永磁阵列和径向永磁阵列的磁场,提出了直线电机的解耦电磁力方程,对两种样机的静态推力、空载反电动势、闭环定位特性进行了对比实验研究。与径向阵列型样机相比,Halbach阵列型样机的推力常数提高1.37倍,反电动势幅值提高1.5倍且波形正弦性较好,达到相同动态性能指标时,控制电流幅值降低1.4倍。理论分析和实验结果表明,Halbach永磁阵列可增大无铁直线电机的气隙磁通密度,改善磁场分布的正弦性能。

极间隔断Halbach型磁钢的永磁同步电机多目标优化设计

以降低加工难度与优化气隙磁通密度为目标,设计了表贴式极间隔断Halbach型磁钢的永磁同步电机,系统分析了极间隔断Halbach型磁钢参数对气隙磁通密度波形的影响。针对该类磁钢的参数,即磁钢极角和充磁夹角对基波幅值和正弦性畸变率都有影响的特点,提出了对磁钢参数进行多目标优化的方法,设计了以获得基波幅值极大值与正弦性畸变率极小值为多目标的混合全局优化算法,在此基础上,提出了最佳极间隔断Halbach型磁钢参数的选择方法。仿真与实验验证了优化结果选择方法的正确性,进一步验证了极间隔断Halbach型磁钢性能的优越性。

永磁同步电机偏心磁极优化设计

以优化气隙磁通密度为目标,设计了表贴式偏心磁极永磁同步电机.在解析法研究偏心磁极气隙磁通密度的基础上,分析了偏心距对气隙磁感应强度波形、电机性能指标的影响,推导永磁体平行或径向充磁时,极弧范围内各点气隙磁感应强度与偏心距关系的表达式,提出一种新颖的通过解析表达式优化设计最优偏心距的方法.利用有限元方法对其验证,证明理论解算方法的正确性和有效性.通过一台180 kW样机永磁体的实际优化设计,结果表明,理论解算出的最优偏心距与有限元分析所得的一致.

表面-内置式永磁转子同步电机等效磁路法特性分析

针对有限元法计算分析电机的复杂性和耗时长等特点,采用等效磁路法分析一种表面-内置式永磁转子同步电机工作特性。建立电机开路状态表面式与内置式永磁体串并联励磁结构等效磁路模型,根据表面-内置式永磁转子磁路结构特点,得到开路状态简化等效磁路模型,计算电机励磁磁场分布、电枢绕组反电势和磁通链;分别建立电机电枢反应下直轴和交轴简化等效磁路模型,求解电机负载磁场分布、电枢反电势和输出电磁转矩;建立电机有限元模型,分析求解电机开路和负载状态电磁特性;建立试验平台,进行试验样机空载和负载测试试验。对比分析简化等效磁路模型、有限元模型计算结果和试验样机测试结果,验证了所提出的等效磁路模型的正确性与合理性。

3次谐波电流注入对五相感应电机系统运行性能影响分析

五相感应电机系统采用集中整距绕组结构并由非正弦供电,可以通过注入谐波改善电机的气隙磁场,从而提高电机的输出功率。本文在3次谐波注入控制策略研究基础上,从母线电压利用率、系统功率因数、效率及输出转矩等性能指标出发,深入研究了3次谐波注入对系统的运行性能影响。最后,搭建了系统实验平台,对实验室一台5.5k W五相集中整距绕组感应电机进行了相关实验。结果表明,在五相集中整距绕组感应电机系统中,通过注入按照一定规律变化的3次谐波,可以有效改善电机系统的运行性能。