高速永磁电机转子空气摩擦损耗研究

高速电机旋转速度每分钟数万转甚至高达数十万转,其转子表面的空气摩擦损耗要比普通电机高得多,在总损耗中占有较大比例。转子表面的空气摩擦损耗与电机转速、气隙结构及转子表面粗糙度等多种因素有关,很难通过理论分析和解析方法准确计算。基于3D流体场模型,对高速永磁电机的转子空气摩擦损耗与电机转子转速、表面粗糙度及轴向风速的关系进行了分析,并针对一台额定转速60000r/min的磁悬浮转子高速永磁电机,进行了转子空气摩擦损耗的计算及测试方法研究。通过电机空载试验,根据转子空气摩擦损耗和定子铁耗与电机转速之间的关系,可将空气摩擦损耗从总损耗中分离出来。实验结果和计算值一致,表明基于流体场分析的高速电机转子空气摩擦损耗计算方法是有效的。

高速永磁爪极电机铁耗与空气摩擦损耗计算

高速电机由于采用高频电源供电,铁心损耗较常规电机突出,且高速旋转引起的空气摩擦损耗亦非常严重。此外爪极电机磁路结构复杂且其磁通呈三维分布,因此需要考虑三维磁场、高频谐波和高速旋转等因素,针对该种高速电机损耗计算模型进行研究。首先通过三维有限元电磁仿真软件对该种电机的磁场分布特点进行分析;然后采用三维正交交变磁化近似等效旋转磁化建立铁耗计算模型,并考虑高频谐波对其影响,通过与有限元软件计算结果对比,验证了计算模型的准确性;此外针对转子转速、转子表面光滑度、轴向风速等因素对空气摩擦损耗的影响进行分析;最后通过实验验证了铁心损耗和空气摩擦损耗计算方法的准确性。

高速电主轴内置电机空气摩擦损耗研究

为研究高速电主轴内置电机空气摩擦损耗随电机转速的变化规律,采用解析和计算流体动力学两种方法对不同转速工况下的内置电机空气摩擦损耗进行了理论分析。结果表明,基于解析计算得到的空气摩擦损耗与采用计算流体动力学方法仿真的结果基本一致。通过电机空载试验,采用损耗分离法得到不同转速下内置电机的空气摩擦损耗,试验数据和仿真分析结果相吻合,表明对高速电主轴内置电机空气摩擦损耗解析与仿真的方法是有效的。

织物表面空气摩擦阻力数学建模

为探究织物表面不同肌理对风阻的影响,对服装织物表面的空气摩擦阻力进行研究。根据流体力学的原理分析织物表面的受力情况,提出织物表面空气摩擦阻力初步模型,并提出织物空气摩擦阻力因数这一衡量织物抗风阻性能的指标。该指标为无量纲,值越小表示织物抗风阻性能越好;反之,表示织物抗风阻性能越差。利用风洞实验,选用27块试样进行表面风阻测试。利用Visual Basic编程,结合统计学相关分析,得出织物表面空气摩擦阻力模型,并得出27个试样的空气摩擦阻力因数在0.183~0.271之间。将风洞实验的实验数据与该模型进行最小二乘法拟合,结果表明该模型与所有面料实验值的拟合优度检验判定系数都在0.976以上,模型可靠。

高速电主轴空气摩擦损耗数值模拟研究

在高速电主轴设计中,定转子间气隙内空气摩擦损耗已成为不可忽略的一部分。分别采用解析法和计算流体动力学方法对高速电主轴空气摩擦损耗进行了分析和仿真模拟,同时分析了转子转速、转子表面粗糙度和气隙结构对空气摩擦损耗的影响。结果表明,采用计算流体动力学方法仿真获得的空气摩擦损耗与解析法计算得到的结果基本一致;空气摩擦损耗与转子转速的2.5次方成正比关系,与转子表面粗糙度成线性关系,转子转速对空气摩擦损耗的影响较粗糙度显著;定子槽口影响气隙内流体的流动状态,但定子槽口的形状对空气摩擦损耗影响较小。

臂式离心机机室空气内摩擦功率及支座摩擦系数的实验反演分析

为了提高臂式离心机驱动功率的预估精度,对工程解析计算方法中几个前提参数(即机室空气内摩擦发热消耗功率与总风阻功率之比C_(1)、机室内空气从出风口自然流出的线速度与其环向线速度之比C_(2)、支座的摩擦系数f_(e))的确定方法进行了研究。首先,针对一台臂式离心机以四种不同转速稳定运行的状态,利用离心机控制系统,读取了四组驱动电枢电压U和电枢电流I数据,采用三杯仪测试了四个空气从出风口流出的线速度V_(0)数据;然后,根据离心机风阻功率、排风功率和支座摩擦功率的解析理论表达式、能量守恒原理,建立了含待定系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的关于U、I和V_(0)的求解方程,并将四组实测数据U、I和V_(0)代入所建方程,得到了关于系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的求解方程组;最后,将所得C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的值用于计算另一台类似臂式离心机的驱动功率。研究结果表明:所得驱动功率的计算结果比实测结果大2.23%,而以前依据经验取定C_(1)、C_(2)和f_(e)时的计算结果比实测结果小6.30%。对应用实例的综合分析表明:所建方法可弥补这些参数在以前的工程计算中,其取值缺乏实验依据的不足,提高这些参数的取值准确性和臂式离心机驱动功率的预估精度。

超高速空气静压轴承电主轴损耗及热特性分析

电主轴作为高度集成的机电一体化产品,相对于传统的机床主轴,其将主轴电机集成内置到主轴内部,具有结构紧凑、低惯性、高转速、低噪声、快速响应等优点,但由于电机集成于主轴内部,运转时产生的大量热量,会引起电主轴温度快速升高,使电主轴的热态特性和动态特性变差,进而影响电主轴的正常加工甚至出现运转过程中卡死。为定量计算整机的损耗及发热变形情况以解决此问题,通过建立超高速空气轴承电主轴热特性分析模型,采用解析法与有限元仿真相结合的方法,求解电主轴轴芯空气摩擦损耗、电机损耗,获得了电主轴温升等热态特性参数,并通过试验验证分析模型和方法的准确性,研究模型中轴芯空气摩擦损耗理论计算数值与实验数值偏差在2%以内,为电主轴设计提供了理论依据。

LNG泵用低温高速永磁电机转子摩擦损耗研究

以一台额定转速为35000 r/min的低温高速永磁电机为例,研究电机转子在液化天然气(LNG)中的摩擦损耗。为得到低温高速永磁电机转子LNG摩擦损耗随电机转速的变化规律,基于流体力学原理,建立三维流体场物理模型,对不同转速下电机转子LNG摩擦损耗进行计算,并分别考虑介质轴向流速、介质温度、转子表面粗糙度等因素对电机转子LNG摩擦损耗的影响,揭示电机转子LNG摩擦损耗与各个影响因素之间的数值关系。同时,利用解析法计算不同转速下电机转子LNG摩擦损耗。将解析计算结果与数值计算结果进行对比,验证数值法的有效性。此外,对比空气对电机转子摩擦损耗的影响,随着电机转速的变化,电机转子LNG摩擦损耗的变化规律与空气摩擦损耗变化规律相似。

大跨度钢桁架隔震结构隔震性能及影响规律分析

由于大跨空间结构竖向振动问题突出,水平隔震支座难以有效控制结构的竖向地震响应。将摩擦摆水平隔震支座和空气弹簧-摩擦摆三维隔震支座应用于大跨度钢桁架中,分析钢桁架水平隔震结构和三维隔震结构的隔震控制效果。结果表明,水平隔震和三维隔震均延长了结构自振周期,隔震后一阶振型为上部桁架结构沿水平方向的整体平动。时程分析显示,在普通地震动、近断层脉冲型地震动和远场长周期地震动作用下,水平隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.4%和9.2%,三维隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.8%和24.4%,水平隔震支座和三维隔震支座对桁架峰值等效应力的平均隔震率分别为4.2%和17.7%。水平隔震支座和三维隔震支座对桁架水平地震响应控制效果基本相同,三维隔震支座对结构的竖向地震响应控制效果更好。

热空气拉伸——制备纺织有光丝的新工艺

于上一届ITMA上介绍的HCS工艺(热空气管纺丝拉伸工艺)在此期间有了进一步的发展并实现了工业化。这种工艺与其他的制备纺织有光丝的拉伸工艺,亦即热辊拉伸工艺和至今仍在使用的热管纺丝拉伸工艺相比,有重大的改进。

基于水下搅拌摩擦焊工艺制备高质量的铝合金焊接接头

本研究的目的是揭示水下/空气中制备的搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)接头的组织和力学性能。采用相同工艺参数(800 r/min,50 mm/min)对6061-T6铝合金板分别进行了水下和空气搅拌摩擦焊接,结果表明,相比传统的空气搅拌摩擦焊接工艺,水下搅拌摩擦焊工艺体现出强烈的细晶强化作用,大幅细化了焊后组织,且明显提高了焊后接头的抗拉强度。焊后接头的抗拉强度由空气搅拌摩擦焊接头的202.5 MPa提高到水下搅拌摩擦焊接头的232 MPa。

全封闭高速永磁电机转子结构对转子散热的影响

为研究转子物理结构对机壳水冷全封闭式高速永磁电机转子散热的影响,以一台15k W、30 000r/min的非晶合金高速永磁电机为例,基于流体力学和传热学理论,建立三维流固耦合共轭传热求解域模型,并给出基本假设与边界条件,采用有限体积法进行流固耦合求解,得到转子有无轴向通风孔和通风孔与风刺相配合时电机内流体流动特性及各部件的温度分布。在此基础上,研究通风孔尺寸、通风孔数量变化对流体场及温度场的影响。计算结果表明,转子引入风刺和通风孔等风压元件可有效提高转子的散热能力,降低永磁体温升。通过增大通风孔尺寸和数量可进一步降低永磁体温升。最后,对一台15k W全封闭式水冷非晶合金永磁电机进行了温升试验,并将试验数据与计算结果进行对比,验证了耦合场计算结果的正确性。

高速永磁电机流体场与温度场的计算分析

为了研究中小型高速永磁电机内部流体场与温度场分布规律,以一台15k W,30000r/min内置式高速永磁电机为例,基于计算流体力学和传热学理论建立了三维流体场与温度场的物理模型,应用有限体积法对流体场与温度场进行耦合计算,得到了电机内空气的流动特性与各部件的温度分布规律。针对高速电机运行时转子表面空气摩擦损耗大的问题,基于所建立的3D流体场模型,分析了转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗的影响。研究结果表明,高速永磁电机端腔空气的流动性差,加之空气摩擦损耗的影响,导致转子温升较高,且转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗有着重要影响。

纤维外表面的凹凸结构

纤维表面的凹凸结构赋予纤维许多优良的性能,如毛纤维的锯齿状鳞片、棉纤维的天然转曲,使羊毛和棉纤维具有优良的保暖性。另外羊毛表面的鳞片状结构使其制成的服装能减小与空气的摩擦力,适用于制作运动员的服装。

基于等效热网络法和CFD法高速永磁同步电机热计算研究

针对高速永磁同步电机的温度场计算准确性问题,采用等效热网络法和流固耦合的数值方法,对一台水冷非晶合金定子电机进行了热计算。建立了电机的流固耦合模型,考虑电机内空气温度分布不均匀对密度、比热容、动力粘度以及导热系数的影响。基于最小二乘法原理,得到了空气物理属性随温度变化的表达式,对电机内空气施加变温物理属性,并与恒温下电机内空气恒定物理属性的温度场计算结果和转子外表面的空气摩擦损耗计算结果进行对比分析。结果表明:对机内空气施加变温物理属性后,转子高温区域面积增加,温升计算值更接近实际,并且转子外表面空气摩擦损耗降低了4.0%。最后,搭建了样机温升实验平台进行温升实验,验证了等效热网络和流固耦合法计算结果的准确性。

考虑电机内部因素影响的轧机主传动系统机电耦合振动特性研究

针对轧机主传动系统振动研究往往忽略电机自身因素影响这一问题,考虑三相异步交流电机中漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数和空气摩擦系数等电机内部参数,并融入电机内部转子空气摩擦这一非线性因素,建立了交流电机-轧机主传动系统机电耦合数学模型。利用数值方法分析了漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数、空气摩擦系数对于轧机主传动系统振幅与调节时间的影响。

钛的赞歌

<正>

新型水泥吸音板

日本一冢公司最近研制成功一种能够充分降低噪音的新型水泥吸音极,可以有效地减轻高速公路或高速铁路上运行车辆所发出的强烈噪音。 这种新型水泥吸音板,采用中空夹层结构,使其形成共鸣箱构造。这构造可以使振动的空气通过缝隙导致中间夹层部分的空气摩擦将声能转换成热能,以减轻噪音。 这种新型水泥吸音板还可通过调整缝隙的宽度,来吸收不同频率的噪音。因此,除了用于降低高速公路、高速铁路产生的噪音外,还可以用于发电厂、纺织厂等发出特定频率噪音的工厂内部的装饰。

重返大气层

2003年10月16日，在完成21个小时环绕地球飞行14圈的史诗般壮举之后，中国第一位太空人——杨利伟驾驶返回舱顺利在内蒙古自治区降落。“神舟5”号载人宇宙飞船的成功发射和回收，使得中国成为继美国和俄罗斯之后，第三个成功实现载人航天飞行的国家，具有里程碑的意义。

飞碟——斥力场中的主宰

来自另一空间的飞碟,奇异的飞行技艺使人类兴叹,百思下解.看到自己的科学水平与飞碟世界的巨人差距,使人类感到困惑.飞碟能够骤然出现和消失、极大加速、直角转弯、跳跃飞行,能突然骤停和倒退、悬停;在大气中飞行没有声音.能穿壁而出入,能够使汽车和墙壁变得透明.这是由于飞碟乘员掌握了控制物质的方法,能随心所欲地分离和组合物质,使基本粒子按照自己的需要进行排列,以产生所需要的年力场和引力场.飞碟在大气中飞行,是把前面的物质调制成引力场,后边的物质调制成斥力场.飞碟在行进中避免了与空气摩擦,因而无声无息.飞碟射出来的光,与气功外气的作用相似,是经过调制后发射出来的物质流,这种光可以灼伤人体。