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。

电枢齿槽运动和换向电流对永磁起动机气隙磁通的影响

在转子旋转过程中，永磁起动机定、转子相对位置发生变化，技向元件中电流及气隙磁场分布随之发生变化，因而气隙磁通也发生了变化。永磁起动机属于低压、大电流电动机，电枢反应比一般永磁直流电动机强烈得多，因而气隙磁通的变化要大得多。利用电磁场有限元法分析了电枢齿槽运动和换向过程对气隙磁通的影响，讨论了电机有关参数对不同磁极结构永磁起动机气隙磁通波动的影响。

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。

紧圈材料对永磁电机气隙磁通的影响

首次提出在永磁电机中使用导磁紧圈,同时使用磁路法、作图法及有限元法计算紧圈材料对气隙磁通的影响,并对两种典型结构的永磁电机进行计算,均说明使用导磁紧圈可比使用非导磁紧圈获得更大的气隙磁通;而比使用焊接紧圈成本低、工艺简单.样机的实验结果与计算结果是一致的.

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。

偏心状态下的轴向磁通永磁电机受力分析

为了研究偏心对轴向磁通永磁电机受力影响,该文建立了理想状态下轴向磁通永磁电机的气隙磁场解析计算模型,并通过引入气隙磁导函数计及了开槽对气隙磁场的影响;通过对轴向磁通永磁电机偏心状态的分析,建立了偏心状态下气隙磁场解析计算模型,并通过有限元法验证了解析计算模型的准确性。在此基础上,构建了偏心状态下轴向磁通永磁电机不平衡磁拉力受力计算模型,对不平衡磁拉力进行了计算分析。无论是静态偏心还是动态偏心,随着偏心率的增加,不平衡磁拉力幅值逐渐增加。静态偏心下,不平衡磁拉力不随时间发生变化;动态偏心下,不平衡磁拉力呈周期性变化。

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。

永磁材料测试的(内禀)气隙磁场补偿

详细阐述了永磁材料测试中的气隙磁场补偿的各种方法和原理。比较了各种类型测试线圈采用的补偿方法及优缺点。同时列举了国外两家著名磁测仪器公司采用的测试线圈及补偿方法。

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。

基于气隙磁链矢量的含DFIG直流系统功角控制

提出了一种基于气隙磁链矢量调节的含双馈感应发电机直流系统功率角控制方法,该方法揭示了气隙电动势矢量角与定子输出功率之间的关系,可用于直接控制定子输出功率。由于定子频率是由气隙磁链矢量的转速确定,输出功率是由气隙电磁场矢量的角度确定,而定子频率可以通过功率控制回路产生,可以避免传统电压模型和电流模型的直流采样偏差问题及减少参数的依赖。由于定子频率与d轴转子电流的乘积是恒定的,因此,定子频率可以通过d轴转子电流调节。另外,由于气隙磁链是通过将q轴气隙磁通控制为零来实现气隙磁通定向的,因此,改进的直接谐振控制转矩脉动和谐波电流减缓的控制方法仍可应用于该控制方法。最后,通过实验验证了所提出控制方法的有效性。

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。