航空飞行器用300 kW高速永磁同步电机优化设计

航空飞行器用高速永磁同步电机损耗密度高、散热条件差,脉宽调制电压供电产生的损耗可能会导致显著的温升,加剧Halbach磁体的退磁风险,影响电机的安全运行。针对上述问题,提出基于Nelder-Mead法的高速永磁同步电机多目标优化设计方法,以电机损耗和温升为优化目标,使用场路耦合有限元分析法和解析法计算电机在T型三电平变流器供电下的损耗,进而计算电机温升。根据寻优算法搜索最优设计区域,获得优化设计方案。分析Halbach磁体内的磁密分布和涡流损耗,对磁体进行优化设计,从而抑制退磁和损耗。设计并制造一台300 kW、30000 r/min高速永磁同步电机,仿真和实验结果表明,新提出的设计方法能够快速实现多目标寻优,并有效抑制退磁。

基于多物理场耦合的直驱永磁同步风力发电机定子绕组优化设计

直驱永磁风力发电机具有结构简单、成本低、运行可靠等优点,在风能发电领域具有潜在的应用价值。以1台1 200 kW直驱永磁同步风力发电机为研究对象,进行了电磁场、温度场及热应力场等多物理场耦合分析,考虑由于温度变化及热变形对永磁体、铜线等电磁材料性能的影响,最终实现电磁性能、温度及形变的收敛,从而更为准确地分析发电机性能。以多物理场耦合分析方法对该发电机进行定子绕组优化设计,使绕组设计更加合理。所得结论对直驱永磁同步风力发电机设计具有一定的参考价值。

基于代理模型的电机多学科优化关键技术综述

随着电机应用领域的不断拓宽,电机多学科优化技术已经成为电机优化技术的重要研究方向。该文概述了目前电机优化技术领域中囊括的多学科模型,分析了代理模型的优势;阐述了高精度电机代理模型的构造流程,提出了不同代理模型在电机多学科优化中的选取原则;探讨了电机不同子学科之间协调策略、耦合形式、耦合参数的最新研究进展情况,比较了不同协调策略在电机多学科优化中的优劣并提出了改进方向;分析了几种优化算法在电机多学科优化中的使用情况;最后讨论了基于代理模型的电机多学科优化技术面临的问题,展望了未来的发展方向。

表贴式高速永磁电机多场耦合转子设计

针对高速永磁电机转子设计同时受机械强度和电磁性能限制,参数选取困难的问题,基于机械强度设计、电磁设计以及转子动力学设计理论,采用有限元法,提出一套完整的基于多物理场耦合的高速永磁电机转子优化设计方法。综合考虑材料各向异性、离心力以及温度影响,分析了典型护套转子的机械强度变化规律;结合电磁性能要求,确定了最小护套厚度和永磁体厚度,并对三种护套转子的动力学特性进行分析。仿真结果表明,对于大功率高速永磁电机,比较适合采用表贴式的转子结构,而且碳纤维护套转子较其他转子具有更好的机械和转子动力学特性;通过多场耦合的设计方法得到的转子结构能够同时兼顾机械、电磁以及转子动力学特性的要求。

基于多耦合场的新型采油直线电机系统关键技术研究

在国内外的石油开采过程中，有杆抽油设备的电能占油田总能耗的三分之一左右，电费支出惊人，存在着“电能换石油”的说法。造成这种现象的原因很多，主要原因是为了满足抽油机高起动转矩的要求，所以选择的电机和变压器的容量要比实际负荷大得多，存在所谓“大马拉小车”现象，抽油机使用的感应电机负荷率很低（一般只有30％～40％），造成系统效率偏低。如何提高抽油机的系统柔性，以适应目前油田开采状况，提高抽油机系统的适应性、经济性和可靠性，成为采油领域一个关键问题。

高效率轴向磁场永磁同步发电机节能技术研究

提出了一种高效率轴向磁场永磁同步发电机结构。分析了其运行原理,并进行了电磁设计与仿真计算。对磁极形状进行了优化设计,得到了正弦度高的相反电势和负载相电流波形,并从多方面研究轴向磁场永磁同步发电机的节能技术,着重研究了减小电机铁心损耗技术,提高了电机的效率。并设计制造了样机,试验结果验证了文中提出的节能技术正确可行。

航天技术优化风力发电机的效率

要建设一个能效较高的风力发电场,必须了解当地的风力条件,为风力发电机选择最佳的安装地点。而测量风力情况的难度较大,因为附近的树、峭壁、山等物体都会影响风力及风向的测量。为了避免这些因素的影响．传统的做法是竖立桅杆来进行估测。

“ANSYS 2012 电机设计技术专题讲座”开讲

2012年9月20日～26日,由ANSYS公司主办的"ANSYS 2012电机设计技术专题讲座"在上海、广州、杭州和常州等四地举行。此次活动中,围绕电机及控制系统化设计平台、电机设计中的多场耦合分析。

一种稀土永磁高效节能纺织电机问世

由我校稀土永磁电机研究室研制的 FOXT53—6型稀土永磁纺织电机,近日在北京通过部级技术鉴定,与会专家一致认为:“这种纺织用稀土永磁同步电机属国内首创,处于国内领先水平”。FOXT53—6型800W 稀土永磁高效节能纺织电机,是采用异步起动,同步运行的稀土电机。课题组在研制过程中,有效地运用有限元及涡流场计算,对电机进行了数值分析和优化设计。综合性能测试和装车使用结果表明,FOXT53—6型电机的最大效率为93％。

特约主编寄语

近年来,随着电动汽车、风力发电、航空航天、深海深地探测等国家战略新型产业的快速发展,对电机系统的运行效率、功率密度、调速范围和容错能力等提出了更高要求。轴向磁通电机轴向长度短、结构紧凑、效率和功率密度高,在上述领域中具有广泛的应用前景。同时,轴向磁通电机技术发展也面临诸多挑战。一方面,受磁场三维分布、多物理场耦合、多种效应交差作用和转矩脉动等影响,轴向磁通电机面临计及复杂效应和计算效率的精确电磁建模、多因素相互交叉作用下效率提升与热管理、强约束条件下多物理场耦合的全局优化设计和高质量转矩输出等问题。

车用永磁同步电机电磁噪声仿真及优化

为了提高电动汽车乘坐舒适性,为电机结构设计优化提供理论依据,对车用永磁同步电机电磁噪声特性进行分析。以某峰值功率为230 kW的72槽12极车用永磁同步电机为研究对象,开展电磁噪声仿真及优化研究:鉴于电磁噪声的主要产生原因为径向电磁力及多物理场耦合,提出基于电磁和结构弱耦合有限元法的模态分析方法;以电磁力、齿槽转矩、峰值转矩作为优化目标,提出基于遗传算法的多目标优化方案。在转速2 800 r/min工况下进行模态分析与试验,定子总成模态频率相对误差小于5%,验证了仿真方法的准确性。进行多目标优化后,噪声试验整体声压级最大值为70.5 dB(A),相比优化前的85.6 dB(A)降低了17.64%。

SVPWM供电矢量控制仿真

对电压空间矢量调制技术(SVPWM)供电的三相感应电机矢量控制系统进行了实时场路耦合有限元仿真研究,利用Ansoft公司的Maxwell软件和Simplorer软件分别对感应电机和控制系统进行了基于场的和基于路的仿真计算,即Maxwell软件进行电机部分仿真,Simplorer软件进行控制电路部分仿真,通过联合仿真组成了完整的仿真系统,验证了应用SVPWM技术和矢量控制技术的交流调速系统的优良性能。首先对SVPWM供电技术、矢量控制技术以及实时场路耦合有限元仿真方法进行了介绍。然后,针对仿真模型的搭建步骤,逐一进行了分析,给出了具体的解决方法。最后,运行仿真模型得到了仿真结果,并对结果进行了分析,得出了由SVPWM供电的矢量控制系统具有快速的动态响应、微小的转矩波动、平稳的速度运行等一系列的优良动、静态运行性能的结论。除了对研究对象优良的性能进行了验证,本文采用的研究方法也是一种新的尝试,实时场路耦合有限元方法因为其仿真的准确性正在成为业界广泛采用的一种新的仿真方法。

电动轮椅用壳式球形感应电动机的多目标优化

1引言电机电磁设计软件是非常重要的研究领域。其主要目的是使用数值工具和多物理场耦合方法,为可能的解决方案进行系统研究,满足电机设计的技术经济挑战。另外,随着新材料的出现[1-5],会出现新型电机,需要更恰当的设计方法[6-8]。对于电机设计方法来说,理解其物理现象至关重要。