面向无线充电系统的磁耦合机构热特性研究

磁耦合机构作为无线充电系统能量传输的核心部件,其中线圈与磁芯的损耗引起温度升高,进而累积温升影响系统的安全性与可靠性。本文提出一套用于磁耦合机构热场建模与特性分析方法。首先,对DD型磁耦合机构进行建模,计算磁耦合机构中的热损耗。其次,分析传热方式并且推导建模所需的热参数。最后,使用Icepak软件对磁耦合机构展开磁热联合仿真,获得其在不同散热条件下温度特性。结果表明,磁热联合仿真可以预测稳态时磁耦合机构的温度。

基于磁热耦合仿真的筒式永磁调速器散热研究

针对筒式永磁调速器长时间运转发热严重的问题,利用磁热耦合分析方法,建立磁场、温度场分析的数学模型和有限元模型,通过Maxwell 3D和Steady-State Thermal模块联合仿真,得到铜环、永磁体温度场分布情况。通过对散热片进行优化仿真,显著降低了铜环和永磁体的最高温度。

电动汽车用轮毂电机磁热耦合仿真分析

狭小的安装空间和较高的功率密度,使得轮毂电机温升较快、容易损坏,所以,在设计时,需要对轮毂电机的温升特性进行精确的计算.以一台4 kW轮毂电机样机为研究对象,利用Maxwell软件分析了额定工况下,轮毂电机各部件的电磁损耗,在ANSYS温度场求解器中,以磁热耦合的方法,求解了轮毂电机额定工况下的整体温度场分布情况和温升变化规律.以传热学为理论依据,创新性的提出了将轮毂电机的复杂部件进行等效简化处理,并结合散热边界条件计算轮毂电机温升的方法.以试验验证了轮毂电机温度场磁热耦合仿真方法的正确性,表明该计算方法准确高效,可以运用于轮毂电机的整体温升计算中.

永磁霍尔推力器性能退化及寿命评估研究

为了探究永磁霍尔推力器在寿命末期的性能退化情况,针对HEP-600PM型推力器,模拟其陶瓷通道及内永磁盖板形貌,进行了热磁耦合仿真和放电实验。通过计算和实验得出推力器寿命末期永磁铁温度下降在10℃以内;推力和阳极效率退化程度约为10%,推力器在该状态下仍能够满足低轨卫星入轨离轨的任务需求。为了预测推力器的使用寿命,针对内盖板侵蚀现象编写了形貌演化程序,计算了推力器在氙、氪放电时,钛、石墨材料内盖板的侵蚀过程。结果表明,推力器氪气放电时的侵蚀情况更为严峻,内盖板寿命约为氙气放电时的80%;内盖板选用石墨材料,其寿命与钛相比可增加70%以上,采用石墨作为内盖板材料能够大大延长推力器的运行寿命。

温度对漏磁信号影响的研究

针对传统的漏磁检测方法,分析了温度对漏磁信号的影响,对不同温度下试件的漏磁信号特点进行了研究。建立了铁磁材料磁导率随温度变化的对应关系,进行了热磁耦合仿真和试验,仿真结果和试验结果具有较高的一致性,表明随着铁磁材料温度的升高,磁导率下降,漏磁场的磁场强度增强,分布范围扩大。

基于永磁体温度场的海流永磁发电机的可靠性分析

海流发电机在海洋环境下工作,相比于风力发电机,其工作环境更恶劣,例如海水腐蚀、密封问题等,一旦海流发电机发生故障,吊装维修十分困难且成本很高,所以必须对其进行可靠性分析。本文通过建立电机可靠性模型,采用元器件应力分析法对电机进行可靠性预计,考虑到永磁体失效是永磁电机的特有故障,且永磁体高温下容易发生不可逆失磁,故对电机进行磁-热耦合仿真,并分析电机尺寸参数对永磁体温度及电机寿命的影响。

温度对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响研究

霍尔推力器磁路设计主要通过常温静态磁场仿真得到,并实测推力器非工作状态常温磁场进行复核。大功率霍尔推力器将面临更为严峻的热问题,推力器工作时磁路系统受高温影响,因此在常温下仿真得到的磁场位形会因温度升高而产生偏移,不能反映推力器真实工作时的磁场情况。为研究霍尔推力器工作时热量对磁路系统的影响,通过热磁耦合仿真对10 kW磁屏蔽霍尔推力器的热态磁场分布进行研究,并对热态、常温仿真结果进行了对比,发现在阳极附近的径向磁感应强度B_r的差异比放电室出口更大。常温设计的磁屏蔽构型在热态时偏离磁屏蔽,磁场和壁面最大不符合度达到13%,通过陶瓷出口型面修正后重新获得磁屏蔽效果,使最大不符合度降低到4.8%以下。合理热设计有助于降低热载荷,热仿真得到磁路系统最高温度低于500℃,低于0.78倍的居里温度T_c磁性急剧转变点,不会出现磁性能急剧下降,但热量对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响是应该考虑的。

小功率磁阳极霍尔推力器设计及特性研究

常规霍尔推力器通常采用同轴磁路或者分立磁柱结构。同轴磁路中放电室、阳极完全被磁屏罩住,热量使磁路温度攀升,导致磁性能急剧下降。分立磁柱磁场沿放电室圆周分布不均,影响推力器性能。霍尔推力器放电室陶瓷结构材料对高电压敏感,使比冲进一步提高受限。本文开展小功率磁阳极霍尔推力器设计和研究,将磁屏、阳极和放电室融合起来,以金属代替陶瓷放电室适应更高电压;通过提高面容比、辐射窗口和应用热导结构,降低核心区温度;应用宽包络外磁柱,解决磁场圆周分布不均问题。通过热、磁仿真表明:100、300 W下推力器核心区温度不高于290℃,650 W下不超过420℃,与实测温度相符合;磁导梯度达到50×10~(-4) T/mm,磁场均匀性为54%。对小功率磁阳极霍尔推力器开展了热稳定性和工作性能研究。

3D打印感应线圈的形状及构型对零件淬火性能影响的研究

在传统感应加热系统中,加热铜感应线圈主要通过手工或机器对截面形状为圆形的铜感应线圈进行弯折获得。随着3D打印的发展,不同截面形状的铜感应线圈可以被打印出来。3D打印的铜感应线圈截面形状可以随意变化,结构尺寸精度高。以轴类零件作为研究对象,通过数值模拟分析感应加热,采用加热温度和加热均匀度两个评价标准分析不同截面和感应线圈间距的铜感应线圈的加热性能,确定了加热性能较好的尺寸参数的取值范围。实验结果表明,矩形感应线圈的加热性能较好。