直驱式波浪发电用磁场调制横向磁通发电机的设计与分析

基于直线发电机的直驱式波浪发电系统可以直接将波浪能转化为电能,具有结构简单和效率高等优点。然而,由于波浪速度较低,造成直驱式波浪发电机体积庞大和功率密度较低,为解决这个问题,该文基于磁齿轮和磁场调制电机的增速效应,结合横向磁通电机的横向磁路,提出一种用于波浪发电的新型磁场调制横向磁通直线发电机结构。首先,介绍发电机的结构、工作原理和磁场调制机理,采用多目标优化法对发电机电磁结构进行优化设计;研究不同极槽配比和调制器倾斜角度对发电机电磁性能的影响;计算发电机对应不同电枢电流的损耗和效率,对比该结构、交叉绕组结构和现有文献中横向磁通直线电机的功率密度;最后,制造样机并搭建实验测试平台,测量发电机推力和反电势,证明所提出拓扑结构的合理性和有限元计算结果的准确性。

SINAMICS SL150磁通调节器输出超限分析与处理

本文结合日照钢铁控股集团有限公司1580mm热连轧精轧主传动系统升级改造之后出现的磁通调节器输出超限进行分析,提出解决方案,为今后出现类似的故障处理提供参考。

YASA轴向磁通永磁电机定子槽漏感计算

定子槽漏感是定子无轭模块化(yokeless and segmented,YASA)轴向磁通永磁电机电感的主要分量,会降低电机的功率因数和最大输出转矩。该文提出定子槽内微小单元磁场能量法计算YASA电机的定子槽漏感,通过建立计及铁心饱和影响的二维等效磁网络模型准确计算槽内微小单元储存的磁场能量,进而计算定子槽漏感。基于所提出的方法,进一步研究定子结构参数以及极槽配合对YASA电机定子槽漏感的影响规律。有限元仿真和实验结果表明,该文所提出的YASA电机定子槽漏感计算方法的可行性和准确性。

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦,且各相之间相互解耦,易于实现模块化和多相化,因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先,该文基于磁场调制原理,对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算,得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量,在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算,得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响;然后,考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题,揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响,并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力,定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响;最后,为避免共振,利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析,结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低,不会引起初级的共振,适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

3种灭菌方式对磁外科器件磁通量的影响及灭菌成本分析

目的 分析压力蒸汽、低温等离子及环氧乙烷3种灭菌方式对磁外科器件磁通量的影响及其灭菌成本。方法234件不同规格型号磁外科器件-磁环,配对编号标记后随机分为A组、B组和C组,每组78件(39对),其中A组使用压力蒸汽灭菌,B组使用低温等离子灭菌,C组使用环氧乙烷灭菌,每对器件按灭菌规范进行包装;测量3组磁环灭菌前后磁通量,对单包灭菌成本和灭菌时间比较分析。结果 3种灭菌方式对磁外科器件磁通量的影响差异无统计学意义(P>0.05),每种灭菌方式灭菌前后的磁通量有统计学差异(P<0.001);灭菌成本:A组为(1.96±0.16)元,B组(23.17±0.32)元、C组(8.16±0.18)元,差异有统计学意义(P<0.01);灭菌时间:A组为(65.21±3.36)min, B组(45.46±1.39)min, C组(1 020.38±12.21)min,差异具有统计学意义(P<0.01)。结论 3种灭菌方式对磁外科器件的磁通量没有影响。压力蒸汽灭菌法单包成本最低,低温等离子单包灭菌成本最高,环氧乙烷灭菌时间最长。压力蒸汽应为磁外科手术器件的首选灭菌方法。

不同定子绕组结构双定子轴向磁通开关磁阻电机性能对比研究

轴向磁通开关磁阻电机(AFSRM)的磁通路径和旋转轴方向平行,具有轴向长度短、气隙面积大、转矩密度高等优势,被认为是提升开关磁阻电机性能的有效方式,而双定子AFSRM(DSAFSRM)因具有平衡的轴向磁拉力和较大的定子绕组散热面积,是AFSRM结构中最具潜力的研究对象。电机运行性能与定子绕组结构密切相关,为了分析不同定子绕组结构对DSAFSRM性能的影响,该文对三台分别采用集中式绕组、单齿绕线绕组和整距绕组的电机性能进行对比研究。首先,详细分析了三种结构电机的磁通路径,基于相同的外径和轴长尺寸设计了三台样机。其次,利用有限元方法比较了三台样机的静、动态性能。最后,加工制造了采用单齿绕线绕组和整距绕组的两台DSAFSRM样机,实测了电机性能。结果表明,相较于传统集中式绕组结构,采用单齿绕线绕组和整距绕组的DSAFSRM结构提升了电机的输出转矩和转矩密度,不过在效率上有所降低。

多级柱面炸药内爆磁通量压缩技术研究

柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场,传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究,突破多项关键技术,包括研制特殊结构的密绕螺线管、脉冲功率源及大电流放电开关等,具备在直径135 mm套筒空间内实现20 T以上初始磁场产生能力,并建立了动态磁光测量系统。利用磁流体力学编码SSS-MHD开展多级装置设计,计算显示,设计的多级装置能够将约42%的初始磁通量压缩至轴线附近直径7 mm的空间内。最终研制成功多级内爆磁压缩装置CJ-150,在亚立方厘米以上空间实现轴向峰值磁场强度906 T,数据不确定度5.35%。10余发动态考核实验显示,CJ-150装置工作稳定,能够满足物理实验需要。利用经实验验证的磁流体模型计算显示,CJ-150具备1000 T以上超强磁场产生能力,能够对大尺寸样品实现500 GPa以上的准等熵加载。

磁通反向永磁振镜电动机优化设计与分析

提出了一种具有不等定子齿宽的磁通反向永磁振镜电动机,通过敏感度分析,选取大定子齿宽、小定子齿宽、转子齿宽和槽肩宽4个参数作为影响因素,以转矩密度、转矩变化率、齿槽转矩和电感为优化目标,采用田口法进行正交试验分析,获得不同因素水平下的目标响应,并结合灰色关联法,将多目标优化转化为单目标优化问题,实现了电动机的最优设计.通过电动机性能的对比分析,验证了所设计的电动机的优越性和优化设计方法的有效性.

新型定子聚磁式铁氧体永磁磁通切换电机研究

磁通切换电机作为一种无刷电机,其定转子采用双凸极结构,转子仅由硅钢片叠压而成,定子内置有集中绕组和永磁体,运行时只需一组功率开关器件和二极管即可实现电机的控制,因此,具有结构简单、控制方便、可靠性高等优点,广泛应用于风机泵类等高速负载。该文提出一种铁氧体永磁单相磁通切换电机结构,并对该电机的基本结构和工作原理进行深入分析。根据电机性能目标,对其进行电磁设计,确定电机几何尺寸参数,并提出消除该电机起动死区的转子分段结构方案。与一台尺寸相同的电励磁单相磁通切换电机进行全面对比,验证所提电机在静态性能和瞬态性能上的优势。最后制作样机,并对所提出电机进行实验测试。

基于改进复相对磁导函数的开槽轴向磁通永磁电机气隙磁场解析模型

齿槽效应会对气隙磁场产生较大影响,针对现有保角映射法无法考虑实际槽形以及精确子域法通用性受限的问题,该文基于改进复相对磁导函数提出一种计及定子槽宽、槽深和静态偏心影响的开槽轴向磁通永磁电机气隙磁场通用解析模型。建模时首先将求解域划分为气隙子域和永磁体子域,依据各子域的边界条件求解拉普拉斯方程,借助标量磁位求得无槽空载气隙磁场解析表达式,并引入改进复相对磁导函数考虑齿槽效应。然后分析静态偏心的作用规律,建立计及静态偏心影响的气隙磁场解析模型,在此基础上计算了不同偏心率下的气隙磁通密度、空载反电动势及齿槽转矩,有限元和实验证明了该解析模型的有效性。相较有限元分析,该解析模型具有建模耗时少、计算速度快和求解精度相近的特点,为相关电机的优化设计提供了有益参考。

半直驱MW级轴向磁通永磁风力发电机电磁设计与分析

在大功率直驱式风力发电机设计中,针对轴向磁通永磁发电机径向尺寸大、后期维护成本高的问题,文章将轴向磁通永磁发电机设计为大功率半直驱式风力发电机。以2 MW半直驱轴向磁通永磁发电机为研究对象,研究其参数设计原则和方法。通过探究不同极对数对发电机输出性能的影响,确定满足设计目标的发电机优选方案。采用3D有限元分析法对发电机空载和额定负载工况下的气隙磁密、电压、电流波形以及输出功率、损耗和效率进行分析,验证发电机电磁设计的正确性,发电机效率可以达到97.79%,具有损耗小、效率高的优点。通过与现有发电机进行对比,文章所提出的半直驱MW级轴向磁通永磁发电机径向尺寸显著减小,且在轴向尺寸和齿槽转矩方面比现有径向磁通结构的大功率半直驱永磁发电机表现更优。

子午工程二期自动磁通门经纬仪

地磁台站观测有相对记录和绝对观测2种,相对记录数据需经基线值改正后方可得到地磁场要素的实际值.磁通门经纬仪是获取基线值的基本设备之一,在地磁观测中发挥着重要作用.目前台站采用的磁通门经纬仪需人工操作,人为因素会对观测数据质量产生影响,因在偏远地区和环境恶劣地区无法实现地磁绝对观测,造成地磁绝对观测的空间覆盖空白.子午工程二期将在我国内地地区首次开展自动化磁偏角和磁倾角地磁绝对观测,必将推动地磁绝对观测技术创新与发展.自动磁通门经纬仪是我国自主研发的磁偏角和磁倾角自动化观测设备,采用无磁材料和压电电机,通过优化设计与改进加工工艺,以及引入多参量误差补偿算法,有效克服和消除了系统误差,提高了测量精度.该设备在河北涉县台、吉林合隆台、陕西乾陵台和北京白家疃台等台站开展了长时间的实际观测,并与台站的人工磁通门经纬仪观测结果进行了对比.结果表明,自动磁通门经纬仪的主要性能指标达到了人工磁通门经纬仪水平.该设备也通过了中国地震局前兆设备入网测试,功能和性能指标符合地磁台站地磁绝对观测要求.

基于等值反磁通瞬变电磁法的岩溶塌陷分析

等值反磁通方法采用相同两组线圈供反向电流的方式,来解决瞬变电磁法在早期存在一次场自感和二次场叠加的盲区问题。通过这种方式可以有效消除来自接收线圈所产生的感应电动势干扰,实现对地下纯二次场的测量。文中对岩溶塌陷区进行探测,将等值反磁通法与钻探相结合,取得了较好的探测效果,为后期地灾防治或者施工提供可靠的基础信息资料。

轴向磁通定子无铁心发电机磁场解析及转子优化设计

定子无铁心轴向永磁发电机(CAFPMSM)具有结构简单、启动转矩低、功率密度高等优点,在小型风力发电机、汽油发电机等场合具有潜在应用前景。但CAFPMSM的转子磁场呈现典型的三维特性,其对无铁心绕组损耗的影响有别于传统电机。基于对电机转子磁场等效磁路的解析结果,以优化电机输出电压畸变率、降低电机绕组损耗为目的,通过加入导磁极的方式,对电机的转子结构进行优化设计。首先建立新型结构电机磁路等效模型,计算各磁路磁阻以及漏磁系数,然后利用有限元软件,验证理论解析的准确性,最后设计制造试验样机,并对其进行反电动势以及绕组涡流损耗测试。试验结果表明,新型结构电机反电动势波形畸变率、绕组产生的涡流损耗及绕组温升均有所降低。

等值反磁通瞬变电磁法在浅部岩溶探测中的应用研究——以惠州市龙门县某地区为例

传统瞬变电磁法受关断时间和互感的过渡过程影响,存在较大浅部盲区;新近发展迅速的等值反磁通瞬变电磁法从理论和仪器上实现了纯二次场的观测,大大提高了浅部区域的探测精度。为研究等值反磁通瞬变电磁法在100 m以浅岩溶探测的应用效果,以惠州市龙门县某岩溶发育区为靶区,开展了方法有效性研究,取得主要成果与结论:(1)界定的土石界面和圈定的岩溶发育区与已知钻孔揭露情况吻合较好,验证了基于等磁反磁通瞬变电磁法在100 m以浅岩溶探测的有效性;(2)反映区内岩溶具有一定连通性,岩溶大小约1~20 m,岩溶主要发育于20~40 m及60 m以下埋深。研究结果一方面有效圈定了研究区100 m以浅岩溶发育区,对后续桥梁工程的安全建设具有重要意义;另一方面等值反磁通瞬变电磁法具有施工便捷、采集高效、抗干扰强等优势,未来有望在城市浅部空间探测领域实现更大作为。

基于等值反磁通装置频率域电磁法研究

人工源近区频率域电磁法具有轻便、分辨率高及抗干扰能力强等优点,但提取地质体二次场响应难题困扰了该方法推广应用。基于等值反磁通原理提取二次场响应,首先,推导出了基于等值反磁通原理的频率域近场垂直磁场响应的表达式;然后,采用层状介质与均匀半空间介质的垂向磁场同相分量的比值定义视电阻率,并计算了典型层状介质垂直磁场的频率响应;最后,通过试验对比时间域与频率域方法对浅埋藏铝板的异常响应。研究结果表明:基于等值反磁通原理能够有效提取近场频率域二次场信号,近场垂向磁场的同相分量与大地电导率的二次方成正比;垂向磁场同相分量的比值定义视电阻率能够清晰反映A型、Q型、H型及K型地电断面的特征。

连续不等齿距削弱横向磁通永磁电机齿槽转矩方法

横向磁通永磁电机的齿槽转矩大,引起的转矩脉动显著,对电机的控制精度产生不利影响。提出一种连续不等齿距法来削弱横向磁通永磁电机的齿槽转矩。该方法将定子齿沿圆周方向分组,每组定子齿数相等,同组内相邻的齿距呈等差数列,导致同组内每个齿的齿槽转矩产生相位偏移,进而削弱齿槽转矩。结合能量法,推导了横向磁通永磁电机齿槽转矩数学表达式,揭示连续不等齿距法削弱齿槽转矩的原理,通过有限元方法验证,连续不等齿距法可以显著削弱横向磁通永磁电机的齿槽转矩。

一种新型横向磁通永磁电动机的仿真研究

新能源汽车在我国当前的迅猛发展对其驱动电机技术提出了更高的功率与转矩密度要求。文章在分析了现有横向磁通电机和定子永磁型电机的基础上,提出了一种新型的横向磁通永磁电动机的仿真设计,该电机的永磁体和电枢绕组均在定子上,而转子由若干个简单的C型铁芯对称构成。基于电机的结构分析了该电机的工作原理,推导了电机功率与主要尺寸之间关系式,进而得到了功率和转矩密度表达式,并以1kW样机为例,利用有限元法仿真分析了该电机的永磁磁场分布、磁链变化规律和反电动势波形,分析表明绕组匝链的磁通呈现出双极性变化和反电动势波形近似为正弦,为下一步的优化设计和实际样机制造奠定基础。

磁通切换永磁电机多目标优化

以磁通切换永磁电机为研究对象,利用有限元法建立准确可靠的仿真模型,并通过仿真验证其有效性.运用灵敏度分析方法找出关键参数,引入进化算法对电机参数进行多目标优化,以提高电机的电磁性能.研究结果显示,优化后的电机平均电磁转矩提升了22.1%,转矩波动和齿槽转矩分别降低了9.09%和56.90%.

一种车用双极性横向磁通永磁电动机

针对当前横向磁通永磁电机绕组磁链单极性影响电机出力进一步提高的问题,提出一种实现磁链双极性的横向磁通永磁电动机。该电机采用外转子型,电枢绕组和永磁体都位于定子上,磁通路径分析表明绕组匝链的磁通为双极性。基于电动机的基本结构和工作原理,依据电机设计理论推导出了电动机功率与尺寸之间关系式,采用有限元计算分析了电机主要尺寸对永磁磁链的影响。以此为依据确定了一台三相600 W样机的尺寸,利用有限元法对静态特性和瞬态特性进行了仿真计算,包括空载时电机磁场分布和绕组反电势,为了验证理论分析的正确性,最后对制作的600 W样机进行了实验验证,实验结果与理论分析具有很好的一致性。