环形Halbach永磁轮新型充磁设计及磁力特性研究

径向永磁轮具有“悬浮‒推进”一体化的独特优势,但是由于永磁轮存在非气隙侧漏磁现象,使得永磁轮利用率较低,需要进一步提高悬浮承载能力。鉴于此,文章提出了一种新型永磁轮充磁方案,能在相同永磁轮质量的条件下,有效提高悬浮驱动能力。文章提出在相邻永磁体之间插入斜向磁化的永磁体和径向充磁永磁体等分的永磁轮结构,阐述分析其基本原理,并搭建了三维有限元模型,以浮重比和驱重比为性能指标,求解各结构的最优尺寸。仿真结果表明,对于插入斜向磁化永磁体的永磁轮结构,其悬浮力提升了14.80%,驱动力提升了14.98%;对于径向充磁永磁体等分的永磁轮结构,其悬浮力提升了9.2%,驱动力提升了7.6%。研究结果表明,在永磁体用量相同的情况下,文章提出的充磁方法能够有效改善系统的悬浮力和驱动力特性,节约了成本,并提升了系统的运行效率,为后续永磁轮结构的优化和磁悬浮车辆的设计提供参考。

永磁轮毂电机转矩性能优化研究

在电动汽车中,分布式驱动以其传动效率高、空间占用少及灵活的控制策略被视为未来趋势。轮毂电机作为分布式驱动的核心部件,其设计面临多重挑战,因此如何在有限空间内提高功率和转矩密度、确保可靠性并节省空间,这些问题成为轮毂电机研究的核心方向。现以轴向磁通永磁轮毂电机为研究对象,依据汽车爬坡性能匹配电机转矩和仿真分析输出额定转矩情况,最后通过对定子和转子参数优化,进一步降低电机重量,提升转矩密度。

基于斜置环形Halbach永磁轮的磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案设计

基于永磁电动悬浮的原理,将Halbach环形永磁轮和导体板顺时针旋转后倾斜布置,提出一种实现磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案。首先,采用ANSYS Maxwell有限元仿真软件对斜置永磁轮的三维力特性进行分析,仿真结果表明:对于单个外径为200 mm的永磁轮,倾斜角度应不小于60°,从而保证浮重比大于5.5,此时仍可获得310 N的推进力和380 N的导向力。然后,进一步分析了永磁轮三维力随工作气隙、导体板厚度和电导率的变化规律:随着工作气隙变大,三维力均呈下降趋势;随着导体板厚度和电导率的增加,悬浮力和导向力先增加后饱和,驱动力则先增大后减小。基于上述分析结果,给出了新型磁浮列车“悬浮-驱动-推进”一体化的概念模型设计,并对更大直径、宽度的磁轮进行了计算分析,结果表明:直径250 mm永磁轮的磁场利用率最大,磁场利用率和磁轮宽度的变化呈正相关。相关的研究工作是对永磁电动悬浮理论的应用和拓展,能够有效降低磁浮列车系统的建设成本,为“悬浮-导向-推进”一体化的新型磁浮列车设计提供参考。

永磁轮毂电机齿槽转矩研究

针对永磁电机中非理想因素对齿槽转矩的影响,基于能量法和傅里叶级数解析方法给出了齿槽转矩的一般表达形式,并分析了理想及非理想条件下齿槽转矩的谐波成分。对一台12槽10极内置径向式永磁同步轮毂电机,应用有限元分析方法研究其在理想条件下以及存在定子椭圆和永磁体偏移的条件下的齿槽转矩。研究结果表明,在非理想条件下齿槽转矩发生明显改变,其中定子椭圆引起的低次谐波影响最大。提出了一种由步进电机、转矩传感器等元件组成的齿槽转矩测试系统。对样机的齿槽转矩进行实验研究,实验结果与计算结果趋势一致,表明了理论分析的正确性。

永磁轮毂电机磁场解析建模

利用谐波建模法提出一种可以在永磁电机研究中考虑导磁材料磁导率为有限值的永磁轮毂电机解析模型,分析了电机的电磁性能。在二维极坐标系下,将电机划分为永磁体、气隙、定子齿/槽、定子齿尖/槽开口四个求解域。在各求解域建立泊松方程和拉普拉斯方程,并联立边界条件求得通解中的谐波系数,从而得出各求解域矢量磁位解析表达式。计算了电机气隙磁感应强度、空载反电动势、输出转矩,通过有限元计算和样机实验验证了解析模型的正确性,并利用该模型研究了极弧系数和槽开口宽度对输出转矩的影响规律。

基于宽速滑模观测器的新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制

研究了一种基于宽速滑模观测器的新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制方法,解决了传统直接转矩中转矩和磁链脉动大以及电机运行于空载或突加负载时直轴电流分量较大等问题;并解决了传统滑模观测器相位延迟的问题,有效改善系统抖振并提高了低速时转子位置估算精度。建立新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制调速系统并进行仿真和实验测试。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

电磁微马达驱动全方位永磁轮式爬壁微机器人

介绍了一种全方位微型轮式爬壁机器人.将轴向磁通电磁微马达与永磁轮集成在一起,实现驱动吸附一体化设计.采用一套转向齿轮和三个永磁轮,设计了全方位的爬壁机构.通过动力学分析,导出微机器人爬壁所需的力矩和磁力,并结合永磁轮自身的设计约束,采用ANSOFT和Pro/Engineer仿真对其尺寸进行了优化,从而在相同负载的情况下降低了不必要的力矩损耗.仿真计算和实验结果证明了上述方法的可行性.

基于Halbach阵列爬壁机器人永磁轮吸附单元的设计与优化

针对爬壁机器人的工作环境和要求,基于Halbach阵列理论提出了新型磁轮吸附单元的拓扑结构.通过有限元仿真研究了磁轮轭铁厚度、极对数、轴向和周向磁化单元比例等若干因素对吸附力的影响.设计了两组实验,分别测试磁轮吸附力周向变化状况和空气隙对磁轮吸附的影响.在验证分析结果准确性的基础上,基于多岛遗传优化算法对磁轮结构参数进行了全局优化分析.结果表明:优化后的磁轮吸附力与磁轮重量比与优化前相比提高了近2倍,极大地提高了磁能利用率.

电传动车辆永磁轮毂电机技术现状及展望

混合动力电传动是车辆技术研究的重要领域,是未来地面高机动通用平台全电化的基础,而轮毂驱动系统作为轮式车辆的动力核心,轮毂电机的性能尤为关键。概括了轮毂电机技术的国内外发展现状,总结了轮毂电机的发展趋势。基于电传动车辆轮毂电机单元高转矩、宽速域的目标需求,阐述了现存新型永磁电机在轮毂驱动领域的发展前景;归纳了永磁轮毂电机的关键技术问题;展望了电传动车辆永磁轮毂电机系统未来的发展方向。通过对国内外轮毂电机驱动系统理论研究和工程应用的全面综述,以期为未来电传动车辆电机的开发提供参考。

轮辐式永磁轮毂电机高效轻质设计与优化研究

该文将"磁场调制技术"引入轮毂电机设计中,提出一种轮辐式永磁轮毂电机。通过在电机的定子侧与转子侧同步引入内含调制效果的"开槽拓扑设计",以期改善磁场调制效应,从而为实现电机的高转矩密度、高效轻质提供潜在的可能。研究过程中,以磁场调制原理为理论基础,针对轮辐式永磁轮毂电机的磁势、磁导及气隙磁密进行推导与分析,确定电机的开槽位置和形状是开展电机优化设计的关键要素。并且,以电机的转矩能力、损耗与质量为性能考虑因素,针对性地定义永磁磁能利用因子和轻质因子,为电机的优化设计提供有效的目标考量。为获得有效的降维优化设计,引入分层优化策略,旨在提升优化设计效率。基于此,针对轮辐式永磁轮毂电机的调制特性与电磁性能进行评估与分析。最后,理论分析、仿真计算与实验结果验证了轮辐式永磁轮毂电机及其优化设计的合理性与有效性。

内置式低速大转矩永磁轮毂电机的设计研究

针对应用于车辆自重较大场合的低速大转矩永磁轮毂电机,给出了转子磁极结构、电枢绕组形式以及极槽配合的选用原则,采用分数槽集中绕组结构可以削弱谐波电动势的影响,提高端部空间利用率和降低齿槽转矩。设计一台12槽10极内置径向式永磁同步轮毂电机,采用有限元法对漏磁、气隙以及极弧系数等影响因素进行研究,以提高电机的输出性能。对样机进行了计算和实验测试,计算结果与实验结果相符,表明了设计分析的正确性。

电动车用双凸轮式永磁轮毂电机电磁设计

根据对汽车驱动装置的实测数据,结合传统解放牌汽车后轮轮毂的结构特点,设计并一种新型的双凸轮式永磁轮毂电机,并对该结构进行了各种相应机械特性的核算和调整。在此基础上,针对该轮毂电机的电磁,设计开发了基于VC++的电磁场三重迭代核算程序,给出了一台5 kW样机的电磁设计方案。

永磁轮毂电机过载状态下的温升计算

永磁轮毂电机过载状态下电机内部温升计算对电机安全运行和运行寿命分析至关重要。以一台30kW的内置式永磁轮毂电机为例,提出了一种基于二维有限元模型快速分析极限过载能力的方法,建立三维有限元模型,分析不同负载状态下电机内部的损耗分布,并以损耗为热源导入到有限元温度场。基于自然冷却计算电机各部分散热系数,通过稳态温度场分析额定转矩下永磁轮毂电机内部的温度分布,瞬态温度场分析极限过载下永磁轮毂电机内部的温度分布。所研究的内容对于电机过载能力分析及电机散热结构优化设计具有一定的理论参考价值。

新型模块化永磁轮毂电机的原理及其电压相位控制

本文针对电动汽车对转矩/功率特性的要求,提出了一种基于U型电磁铁的新型永磁轮毂电机,并对其转矩特性和电压相位控制进行了研究。通过机电能量转换关系建立了电机的数学模型,重点推导了电磁转矩的表达式,采用3D有限元方法进行电磁瞬态仿真,得到了电机的定子永磁磁链和永磁转矩、线圈磁阻转矩以及永磁体磁阻转矩的特性。分析表明,永磁转矩是该种电机的主要转矩,且受控于电机的电压与电流的幅值和相位。根据电流、磁链和转矩的关系,对电压相位控制策略进行了研究,得到了电压相位提前导通角与转速和电流的近似关系。最后通过对一台5相4极结构电机的设计和仿真分析,获得了较高的功率输出和效率,验证了电机原理和控制策略的正确性。

电动汽车用永磁轮毂电机的小型化设计

本文提出一种用于电动汽车的永磁轮毂电机,在理论分析和仿真研究的基础上,研制了一台2k W的小型化样机,并对样机进行了基本实验测试,结果验证了该轮毂电机的可行性,并证实其采用Halbach永磁阵列后,电机空载反电势及电磁转矩比普通径向充磁方式型高出很多,为大功率原型电机的制造提供了保障。

车用永磁轮毂电机解析建模与齿槽转矩削弱

为了提高永磁电机设计和优化的效率,避免有限元软件建模、计算耗时长的缺点,建立了定子齿上开有辅助槽的表贴式永磁电机的解析模型。在二维极坐标下以矢量磁位为位函数,在各个子域建立拉普拉斯方程或泊松方程,根据分离变量法求解各子域矢量磁位的表达式,并利用各子域的边界条件求得相关的谐波系数,推导了该永磁电机模型空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势公式。然后,计算了一台车用轮毂外转子32极48槽永磁电机在空载下的气隙磁通密度、齿槽转矩、磁链和反电动势,并通过有限元法和齿槽转矩实验验证了解析模型的有效性和精确性。此外,基于解析模型优化了该轮毂电机的齿槽转矩,将齿槽转矩削弱了37.2%。

电动汽车永磁轮毂电机磁场非线性解析计算方法

针对传统解析法通常假设铁磁材料磁导率为无穷大、忽略了磁饱和效应的问题,提出一种考虑铁磁材料磁导率非线性影响的磁场解析建模方法。利用复数形式的傅里叶级数和柯西乘积将材料磁导率嵌入到静磁场求解中,将永磁轮毂电机分为定子齿槽、气隙和永磁体3个求解域,以矢量磁位为求解变量,根据激励源的不同在各求解域建立拉普拉斯方程或泊松方程,联立边界条件求得各域矢量磁位。根据材料非线性B-H曲线,利用迭代算法得到了各工况下定子齿上的相对磁导率分布,计算了空载、电枢、负载磁场分布及输出转矩,并通过有限元法验证了该非线性解析法较传统解析法更准确。

电动车用Halbach永磁轮毂电机的分析设计

本文提出一种用于电动车的轮毂电机,采用Halbach永磁阵列,与传统径向充磁方式相比,它能减小转子轭部的磁密,进而可以减小电机的铁芯损耗和体积,此外,它还可以增加气隙磁密,因此,本文所提出的电机具有高转矩密度和高效率。利用有限元软件对该电机进行仿真分析设计,结果显示该Halbach永磁轮毂电机适合于直驱电动车用。

大型钢结构巡检爬壁机器人永磁轮优化设计

针对大型钢结构人工巡检劳动强度大和危险系数高的问题,本文研制了一种轮式永磁吸附爬壁机器人,并对永磁轮进行了优化。论文开展了机器人机械结构及永磁轮结构设计;针对机器人可能发生的三种失稳形式:沿壁面滑移、纵向倾覆和横向倾覆,进行了力学分析;为了提高磁能利用率,利用COMSOL软件建立三维模型,分析结构参数对永磁轮吸附力和吸附效率的影响,确定了最优结构尺寸。优化后,永磁轮吸附力达到357.8N,吸附效率提高了24.2%,机器人能在曲率半径大于0.87m的钢结构上可靠吸附。实验结果表明机器人能够在钢铁壁面上稳定爬行,验证了本设计的可行性和正确性。

永磁轮毂电机目标驱动力SVPWM柔性控制

在对永磁轮毂电机进行目标驱动力控制时,采用直接转矩控制会产生很大的转矩脉动,常规的矢量控制因控制器的高频开关信号和定子磁链圆逼近算法造成高频次的电磁转矩脉动。针对上述问题,通过分析矢量控制理论和空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,综合最小二乘法误差优化原理,对矢量控制系统中的SVPWM模块进行改进,设计出一种SVPWM柔性控制器。最后使用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,在同一设定工况下,对比了直接转矩控制、常规SVPWM控制、SVPWM柔性控制的仿真效果。结果表明:SVPWM柔性控制技术优于直接转矩控制和常规SVPWM控制,降低了转矩动态变换时的脉动幅度和频次。上述方法提高了永磁轮毂电机的控制精度,具有良好的动态性能。