无线充电系统损耗分析及磁体结构优化

基于电磁谐振耦合的无线充电系统只有工作在高频下才能获取较高的系统传输效率,而高频变化的磁场会在周围铁磁性的物质中产生涡流,造成严重的涡流损耗。本文通过仿真与试验的方式分析电动汽车用无线充电系统在汽车底盘中由于涡流造成的能量损耗,分析了周围铁磁性物质对系统电路模型的影响,建立了增加铁板后的等效电路模型,并提出一系列的改进磁片结构来减小涡流损耗,提高系统的传输效率。最后得出当磁体结构成发散状时,系统总损耗最小。

超导限流储能系统的磁体结构优化

超导限流储能系统(SFCL-MES)的能量以磁场的形式存储在超导磁体中,因此漏磁场对于 变电站的电磁干扰问题成为影响其应用的关键问题之一。文中对用于SFCL-MES的多种磁体结 构的漏磁场进行了分析与优化,以选择合适的磁体构型,便于SFCL-MES安装在变电站中。首先 对于超导限流储能系统磁体的漏磁场进行了勒让德多项式分析。在此基础上,对于多种磁屏蔽型 磁体构型,包括同轴同心、轴向排列、轴线平行组合磁体结构,以减小漏磁场和所用的超导线材最少 为目标,给出了优化模型,并采用序列二次规划(SQP)方法对模型进行求解。最后对优化结果进行 了比较分析。

改进式Halbach磁体结构直线电机设计与分析

提出了一种应用于低速直驱式波浪发电装置的无齿槽永磁直线发电机。为提高电机的气隙磁通密度与电能输出效率,采用T型和爪型两种改进式的Halbach永磁阵列结构。当为该无齿槽电机的初级部分设置相同的铁轭和绕组参数时,电机的永磁体部分采用普通Halbach永磁阵列结构、T型永磁体结构、爪型永磁体结构,对电机电磁特性进行对比分析。采用三维瞬态有限元法对电机在空载运行时的特性进行分析与计算。最后,通过采用Halbach永磁阵列结构的筒型直线电机进行实验和分析,验证了该电机模型的正确性和电机分析方法的有效性。所有分析结果表明该电机结构及分析方法可以用于直驱式运动电机的设计与分析方面的研究。

Halbach磁体结构的外转子永磁电机设计分析

介绍了halbach磁体结构的优点,给出了基于halbach磁体结构的外转子永磁电机的基本模型。通过有限元分析,比较了halbach磁体结构与普通磁体结构的外转子永磁电机,验证了halbach磁体结构外转子永磁电机优越性,并提出其作为直接耦合风力发电机的可能性。

永磁体结构对永磁同步电机电磁特性的影响

为比较不同永磁体结构对永磁同步电机性能的影响,以TYCX132M系列7.5k W永磁同步电机为研究对象,在Ansoft/Maxwell仿真环境下,建立了内嵌式W型和U型结构永磁同步电机的二维和三维模型,计算了两种永磁同步电机分别在空载和负载两种运行状态下的反电动势、定子电流、转速和电磁转矩。分析表明:空载时W型比U型永磁同步电机的起动速度快、起动电流小、起动转矩平稳;负载时W型比U型永磁同步电机的定子电流有效值略大,但转速恢复的时间短,电磁转矩波动小。综合比较而言,该类型永磁同步电机的转子采用W型结构更为适宜。

一种Halbach磁体结构同心磁力齿轮传动装置的设计和实现

提出了一种使用Halbach磁体结构产生磁场,并对磁场进行调制的同心磁力齿轮传动装置。该传动装置由机壳、安装在机壳内腔的悬臂式的外转子和内转子组成。内、外转子永磁体之间有调磁环。调磁环由铁心块组成,并固定在机壳的端板上。磁体结构采用Halbach阵列,得到的气隙磁密接近正弦分布。对样机测试后表明,该装置取得了较好的正弦磁场分布、稳定的转速比值和较高的传动效率。

基于有限元分析的EMAT永磁体结构参数优化分析

在焊缝缺陷的检测问题中,电磁超声技术可以在材料中高效地产生斜入射SV波,有效地检出焊缝的缺陷或不连续性。电磁超声传感器中的永磁体结构影响着超声波的激发效率,决定着回波信号的强弱。根据斜入射SV波EMAT理论,建立传感器的二维有限元模型,对永磁体的结构参数进行模拟分析,利用振动位移振幅作为评判标准,分析不同永磁体参数对传感器激发效率的影响。结果表明:永磁体的高度对位移振幅大小影响作用最强,紧接着是宽度和提离距离,除了高度的增加对位移振幅是正面影响,位移振幅会随着永磁体宽度和提离距离的增加而减小,最后确定了永磁体的最优参数组合。

一种新型悬浮磁体结构的双自由度轨道车辆轴箱振动能量采集器

针对地铁车辆轴温实时监测系统自供能的问题,文中提出了一种新型悬浮磁体结构的双自由度轨道车辆轴箱振动能量采集器,以便将车辆轴箱工作环境中存在的振动能转换为电能。基于机械集总系统模型和机电耦合模型,通过多物理场耦合构建了双自由度振动能量采集器有限元模型。加入内圈辐射充磁磁体,设计了新型悬浮磁体结构,并研究了在简谐激励下振动能量采集器的输出特性。与铜块-永磁体复合式悬浮磁体结构相比,该结构输出性能提高了165%,俘能系统峰值输出电流为63.0 mA,峰值功率为13.22 mW。文中研究内容为提升磁悬浮式振动能量采集器的响应特性和输出性能提供了理论支撑。

轮毂多盘式无铁心永磁同步电机永磁体结构优化

将不等厚排列技术与90°Halbach阵列以及不等宽排列技术相结合应用到两个外转子磁钢分析,中间盘采用普通磁钢排列,通过改变磁钢排列的厚度及宽度,来进一步提高多盘式无铁心永磁同步电机气隙磁密的基波幅值和波形的正弦性,从而提高电机性能。对16极盘式永磁同步电机进行仿真建模,将"不等宽排列技术+90°Halbach阵列"模型以及其优化模型"不等厚排列技术+90°Halbach阵列+不等宽排列技术"进行静态气隙磁场对比分析。仿真数据表明,"不等厚排列技术+90°Halbach阵列+不等宽排列技术"使得周向磁密波形和切向磁密波形都大为改善,磁场波形更接近于正弦分布特征,其中周向磁密波形畸变率改善了67.02%,气隙周向磁密幅值提高了8.15%。

轮毂盘式无铁心永磁同步电机永磁体结构优化

从优化永磁体结构的角度出发,提出将不等厚排列技术与90°Halbach阵列相结合方法对磁钢的排列结构分析,通过改变磁钢排列结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机(以下简称为DCPMSM)气隙磁密的基波幅值及波形的正弦性,达到提高电机性能的目的。本文通过有限元仿真软件对16极盘式永磁同步电机进行建模,分别选取不等厚排列电机模型、不等宽90°Halbach排列电机模型和改进型90°Halbach排列电机模型进行静态气隙磁场分析对比。仿真数据表明,"不等厚排列技术+90°Halbach阵列"使得周向磁密波形和切向磁密波形都大为改善,磁场波形更接近于正弦分布特征,其中周向磁密波形畸变率(THD)Bmin可降低到1.35%,气隙周向磁密幅值Bδav提高到0.5465T。

变形量对各向异性纳米晶Nd-Fe-B磁体结构及性能的影响

近年来，随着永磁电机产业的快速发展，环形永磁器件的需求量显著提高。采用热变形法可以一步制造出近净成型的永磁器件，相对于烧结磁体而言大幅降低了制造成本。因此，热变形Nd—Fe—B永磁材料的研究成为磁性材料领域的研究热点。

基于分体式超导磁体结构的应变测量实验研究

基于低温电阻应变片和单模光纤应变测量原理,搭建了针对极端环境下光-电综合应变测量系统,开展了极低温-电磁场环境下5 T分体式超导磁体结构力学测量的实验研究,得到了超导磁体从降温、励磁(失超)到回温全过程的应变测量结果与演化规律等。结果表明:在5 T分体式超导磁体运行的全过程中,运用该应变测量系统可以实现极端低温环境下高精度的应变测量,与传统单点式测量技术不同,发展的二维分布式应变测量技术可直观的观察到磁体在测试过程中结构的全局变化。

表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。

金属压力囊与应变测量技术在异型超导磁体结构装配过程中的应用研究

为了研究异型超导磁体结构预应力施加及其应变控制性测量等问题,基于自主集成的气压-水压混合高压增压系统,结合电阻应变片与非接触式DIC(Digital Image Correlation)全场应变测量方法,本文提出了一种超导磁体结构装配后预应力施加与应变测量控制技术。为了验证研制系统及其应变测量的可靠性和准确性,模拟超导二极线圈结构,自制了一套带有铝壳约束的铁质二极结构,对其进行装配后的预应力施加与应变测量,即:在二极结构内部放置一种自主研制的类似千斤顶设备--用薄钢板制成的长方形金属压力囊(称Bladder),利用自制的高压增压系统将较高的水压打入压力囊中,通过其有限的位移对二极结构内部人为地施加均布压应力,最终到达为二极结构内部施加预应力的目的。在施加预应力过程中,运用电阻应变片与基于高速CCD(Charge Coupled Device)设备的非接触DIC技术,对二极结构外部的约束结构--铝壳进行实时的应变测量。多组重复性实验结果表明:高压增压系统可控水压范围为5~120MPa,步长为4MPa,可同步显示压力,并且在此范围内能够维持设定的压力恒定不变,误差控制在±1.5MPa以内;采用连续激光焊接技术自主研制的加宽型金属Bladder可在30MPa范围内循环使用8次以上;对于带有铝壳约束的铁质二极结构,其铝壳表面的应变与打压压强成线性关系,电阻应变片与非接触的CCD应变测试技术均能给出高精度的测量结果,且非接触的CCD应变测试技术可以给出打压过程中铝壳表面全场应变测试结果。相关设备、技术和结果将为中科院近代物理研究所自主研制的全Nb3Sn超导离子源装配后预应力施加以及应变控制性测量提供方法和指导。

基于永磁体磁畴聚向排列的永磁同步电机振动噪声优化

以表贴式外转子永磁同步电机为例,通过仿真计算、理论分析两种方式对永磁同步电机的振动和噪声进行了深度的剖析,并给出了影响电机电磁振动和噪声的电磁力密度波时间阶次和空间阶数以及具体的磁密谐波次数,为精准优化电机的电磁振动和噪声提供了明确的方向。通过永磁体磁畴聚向排列结构在不改变产品任何尺寸、结构的情况下实现了对表贴式外转子永磁同步电动机的振动和噪声优化,还实现了电机材料成本的降低。

ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆(ITER)的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。

永磁体结构对永磁同步电机特性的影响

针对车用内置式永磁同步电机的电机结构及其特性展开研究。确定电机的设计方案,在此基础上建立两种不同永磁体结构的永磁同步电机模型并对其进行有限元仿真,根据仿真结果对电机的特性进行分析,研究了永磁体结构对电机特性的影响。

短时热处理对Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合磁体结构和磁性影响

罗马尼亚Babes-Bolyai大学物理系V.Pop等人采用高能球磨法制得Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合磁体,并选用700℃、750℃、800℃短时间退火,同传统的550℃×1.5h退火对比。结果发现,短时间退火更有利于硬磁相再结晶,抑制软磁相成长,

中速磁浮无铁心永磁直线同步电机的结构优化

中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组沿轨道长距离铺设,使电机效率进一步降低。为了提高电机性能,在IPMLSM基本结构的基础上,提出一种新型永磁体装配结构,可提升电机推力密度;并根据长定子IPMLSM绕组的特点,优化绕组导体截面,获得适用于中速磁浮列车IPMLSM定子绕组导体的宽与高之比,进一步提升电机的推力密度。最后,制作IPMLSM小型样机实验装置,对比实验结果验证了所提改进结构的优越性。

表面-内置式永磁转子同步电机的永磁体优化

针对表面-内置式永磁转子同步电机的结构特点,采用有限元法对表面-内置式永磁转子同步电机的表面式永磁体进行优化。建立表面-内置式永磁转子同步电机不同充磁方式和结构的有限元模型,计算其瞬态磁场,研究额定负载下的气隙磁密分布。分析其不同充磁方式和结构对空载反电势正弦特性、齿槽转矩、转矩波动和功率因数的影响,求解出表面-内置式永磁转子同步电机最佳的充磁方式和结构。分析结果表明,优化后的表面-内置式永磁转子同步电机的性能得到有效改善。