轴向球面磁悬浮飞轮电机磁热固耦合分析

针对轴向球面磁悬浮飞轮电机(Axially spherical bearingless flywheel machine,AS-BFM)在电磁、温度和应力耦合作用下的温升和形变问题,提出磁热固耦合的温度场分布和部件形变求解分析方法。该方法基于轴向球面磁悬浮飞轮电机的电磁损耗分析,确立各部件的热参数和应力参数,并建立电机三维有限元分析模型;在此基础上,求解得到电机在不同转速下的损耗和温度场分布特性,并将温度场结果作为载荷导入应力场分析求解电机各部件形变规律;最后,通过耦合仿真分析揭示了电机不同转速对温升和形变的影响规律,三维有限元分析结果验证了磁热固耦合分析方法的有效性,为电机的散热设计、结构优化以及材料选择提供了依据。

用于飞轮储能的单绕组磁悬浮飞轮电机径向力补偿方法

将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,每套绕组独立控制,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适用于飞轮储能的单绕组磁悬浮飞轮电机。精确的数学模型是稳定控制电机的基础,针对麦克斯韦应力法对积分路线的选取较为敏感的问题,运用有限元分析其电磁特性,引入径向力修正系数,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机径向力较精确的数学模型。为保证单绕组磁悬浮飞轮电机能在绕组发生故障时正常悬浮,考虑径向力系数随角度的变化的趋势以及不同齿极下径向力系数的差异,提出无β方向约束径向力补偿和有β方向约束径向力补偿方法。结果表明所提出的补偿方法具有可行性和较高的精确性。

单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机和声混沌搜索优化设计

将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适合应用在飞轮储能中的单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机(SWBSRFM)。SWBSRFM控制策略与开关磁阻电机有较大差异。以数学模型为基础,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机主体尺寸计算公式。针对电机参数设计问题,结合混沌搜索的历遍性、规律性与和声搜索简单、灵活的优点,得到和声混沌搜索算法,以在较短的时间内获得电机最优结构参数。通过有限元分析飞轮电机性能,得到如下结论:SWBSRFM具有结构简单、维护方便、成本低廉、易于控制的优点,并且和声混沌搜索精确、快速、操作方便,满足设计要求。

定子无铁心飞轮电机绕组涡流损耗分析

定子无铁心飞轮电机的绕组完全暴露于变化的磁场中,高速运行时绕组导体产生的涡流损耗很大,严重影响电机效率。本文推导了圆形导体在变化磁场中的涡流损耗模型,进而建立了飞轮电机绕组涡流损耗的计算模型。涡流损耗模型由两部分组成,一部分是由径向磁场产生的损耗,另一部分是由切向磁场产生的损耗,径向磁场和切向磁场可以通过求解电机静磁场或有限元仿真计算得到。文章结合有限元仿真计算得到的磁场对绕组的涡流损耗进行了估算,并对飞轮电机样机进行实验,实验结果证明了相关理论的正确性。

大惯量飞轮电机的制动控制

讨论具有大惯量飞轮负载的直流无刷、定于无铁芯电机,在脉宽调制调幅有源控制的基础上,完成再生能耗制动控制以及低速下转换到有源制动控制的主要技术问题.

轴向永磁磁悬浮飞轮电机损耗计算与温度场分析

轴向永磁磁悬浮飞轮电机多运行于大功率快速充放电状态,较高的功率密度和内定子拓扑结构使其存在热负荷大、损耗复杂、温升显著等突出问题,为此开展轴向永磁磁悬浮飞轮电机损耗计算与温度场分析研究。阐述了轴向永磁磁悬浮飞轮电机基本结构与工作原理,采用改进变系数IEM5模型建立了考虑高频下集肤效应对涡流损耗影响的电机精确温度场分析模型,分析得到了该电机在不同转速下的损耗变化规律。在此基础上,基于三维有限元仿真进行电机稳态温度场计算,进而根据温度场计算结果更新电磁材料温度属性参数以及电机损耗,通过磁-热双向耦合有限元法分析得到更为准确的电机最高温升和温度分布情况,为轴向永磁磁悬浮飞轮电机复杂运行工况下的散热优化设计和高效应用提供参考依据。

自轴承式双定子实心转子盘式异步飞轮电机设计

自轴承式双定子实心转子盘式异步飞轮电机(DSSRAFIM)具备双定子盘式电机与实心转子异步电机的结构特点,基于其结构特点,研究了该电机的设计方法。为将DSSRAFIM内三维分布的电磁场等效为二维分布,采用了改进的分环法,将其等效为一系列宽度相等、长度递增的双初级钢次级直线电机。通过建立双初级钢次级直线电机模型,分析实心转子厚度、气隙长度等关键尺寸参数对DSSRAFIM运行性能的影响。且分析得到了轴向磁拉力、电磁转矩与定子电流的关系,研究表明该电机除提供稳定转矩外,还能同时提供稳定可控的悬浮力,实现自轴承运行。

双定子实心转子盘式异步飞轮电机新型等效电路模型分析

双定子实心转子盘式异步飞轮电机具有可高速运行、可靠性高、结构简单、成本低等优点,可作为低成本的飞轮储能系统中电动/发电机用。该电机的等效电路模型与参数对于性能分析、推导控制策略至关重要。针对该电机的结构特点,根据实心转子内磁场分布规律,采用分环分层法以及表面阻抗理论推导了一种新型等效电路模型,该新型等效电路模型相比于传统T型等效电路模型,考虑了双定子绕组间耦合关系对性能的影响,具有更高的精确度。设计了一台5kW,7100r/min的原理样机,验证所提新型等效电路模型的正确性与有效性。

卫星姿态控制用无铁心飞轮电机的设计与研究

为了适应现代卫星的高精度、高可靠和轻量化发展需要,姿态控制系统对飞轮电机的输出力矩平稳性、效率、质量、可靠性、体积等指标提出了更高要求。通过对飞轮电机极对数、转矩波动、黏性阻尼系数以及电枢绕组的设计和研究,并通过电磁仿真、力学和热仿真,设计了满足飞轮系统要求的电机。通过实验验证,该外转子无槽无铁心飞轮电机满足卫星姿态控制的精度和稳定性要求。

飞轮电机速度的无传感器控制方法

简述了飞轮电机的无传感器控制的基本原理,分类介绍了假定旋转坐标法、模型参考自适应系统、观测器、扩展的卡尔曼滤波、滑模观测器、高频信号注入法等各种用于飞轮电机速度无传感器控制的方法、效果及研究应用状况。由控制效果可见,用无传感器控制可以使飞轮电机的整体性能得到显著改善,是高性能飞轮电机调速系统开发的一个重要方向。

新型轴向分相磁悬浮飞轮电机及其优化设计

为改善磁悬浮飞轮电机的悬浮和转矩性能,提出一种新型轴向分相磁悬浮飞轮电机及其优化设计方法,在阐述电机基本结构及工作原理的基础上,结合动态双响应面与萤火虫算法对定子齿形参数作进一步优化。首先通过Box-Behnken设计选取代表性的齿形参数组合以建立样本数据空间,并结合多项式响应面法及支持向量机(SVM)建立电机性能响应模型。然后以电机转矩和悬浮出力为优化目标,采用萤火虫算法获取最优齿形参数。有限元仿真结果表明,优化后电机的平均转矩和悬浮力分别提高了37.5%和110.13%,验证了所提结构及齿形优化方法的有效性。

飞轮储能用永磁同步电机气隙磁通密度波形优化

为了优化气隙磁通密度波形的幅值与正弦畸变率2个关键指标,提出了一种基于Kriging模型与差分进化算法(differential evolution algorithm,DEA)相结合的多目标优化方法。首先,通过对飞轮储能用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor for flywheel energy storage,FPMSM)有限元模型进行拉丁超立方体采样(Latin hypercube sampling,LHS),取得样本数据,并引入Kriging算法建立对应的替代模型;其次,利用DEA对影响气隙磁通密度波形的关键结构参数进行全局优化,给出Pareto最优解;最后,对Pareto最优解集的3种优化方案与原始方案进行对比分析和有限元验证。结果表明,所提FPMSM气隙磁通密度波形多目标优化方法能够使气隙磁通密度波形在幅值提高的同时,正弦畸变率显著降低。

飞轮储能电机定子灌封的设计与应用

基于飞轮储能电机功率密度高、需要真空环境运行等特点,为了保证定子的绝缘效果和结构强度以及利于定子的温升控制,决定对其采用灌封工艺处理。首先调研并选取了合适的灌封胶,然后根据实际工况设计了两种不同的定子灌封工装,还理清了从前期准备到开始灌封以及后处理等方面的各个关键点。现已多次在飞轮储能电机的定子灌封实践中得到了有效验证,对其他类型电机的灌封也有参考价值。

一种带线性动态负载的十二相飞轮储能发电机系统

未来多相储能发电机系统具有广阔的发展应用前景,本文在一套十二相/12kW同步发电机硬件系统的基础上进行了带线性动态负载的十二相飞轮储能同步发电机系统的设计与仿真模型研究。系统中的线性动态负载模块由Buck电路构成,励磁功率放大器模块采用全桥电路,励磁控制器模块采用一种新型变参数反馈加前馈的控制方式。为检验设计效果,基于EMTDC软件建立了系统仿真模型,其中电机模型应用Fortran语言对EMTDC软件二次开发获得。仿真结果表明:所有设计模块均能完成基本功能,线性动态负载的输出功率能够按照期望的速率线性增加,励磁控制系统具有较好的控制精度与响应速度;系统模型求解准确、高效。

基于改进磁链估算器的航空飞轮电机起动性能

航空飞轮电机(aero flywheel motor)是将航空活塞发动机(piston aero-engine)的起动机、飞轮和发电机集成为一体的新型电机。鉴于航空发动机的特殊要求,具有响应速度快、控制结构简单、鲁棒性好等优点的直接转矩控制(direct torque control,DTC)适合作为航空飞轮电机的起动算法。直接转矩控制的一个核心环节是磁链估算器,它主要受磁链初值、直流偏移、电阻变化、逆变器非线性等的影响。为了解决这一问题,该文设计了一种改进的低通滤波式磁链估算器,通过对航空飞轮电机的转子进行定位来确定磁链初值,并把逆变器非线性的影响转换为对电阻实时补偿的问题,并基于改进的磁链估算器进行了航空飞轮电机起动仿真。结果表明:改进的磁链估算器改善了航空飞轮电机起动瞬间的收敛性,并降低了电磁转矩和直轴电流波动。

基于改进型数字锁相环驱动的电机飞轮储能系统

电机飞轮储能系统,可在市电或者其它独立电源发生断电后,由电机飞轮储能系统来实现两个供电电源切换时的不间断供电,并保证电源切换时各项电能质量指标和供电性能不会因为主供电源故障而产生间断或不连续变化。本文对电机飞轮储能系统能量转换系统,电力电子装置实现方案进行深入分析,搭建了仿真模型,并且以微处理器ds PIC30F3011为控制核心,建立了模拟实验平台,对系统中的电机飞轮储能系统充放电控制进行了实验。仿真和实验结果充分验证了在移动电站中使用电机飞轮储能系统,能够有效地改善移动电站系统的供电性能。

磁电机飞轮壳体多级拉伸整形模设计

介绍了成形摩托车磁电机飞轮壳体采用的多级拉伸、冲多孔等冲压工艺和相应的模具结构 ,以及应用中应注意的问题 ,避免了采用机械切削加工方法 ,保证了零件质量 ,提高了生产效率。

飞轮式永磁恒压发电机

目前，国内与拖拉机和农用三轮车配套的飞轮发电机技术状态落后、功率低，低速运行时发电机输出电压低。因此，在夜间作业、行驶路面路况差、会车和转向时，灯光很暗，容易发生事故。飞轮式永磁恒压发电机是在不改变飞轮式发电机外形尺寸和安装条件的情况下，改进发电机的电磁设计及机械设备，并采用电子稳压技术，使发电机输出电压稳定在一定范围内，彻底解决了拖拉机和农用三轮车的照明问题。

有限元法与磁路法结合的反作用飞轮驱动电机电磁设计

利用有限元与磁路法结合的方法能够很好地解决反作用飞轮驱动电机的电磁设计。文章结合用永磁无刷直流电机电磁设计中出现的问题,结合飞轮电机的电磁气隙宽、径长比等结构特点和利用电枢尺寸、有效电磁气隙及电机机械特性之间关系推导出来的计算公式。在利用磁场逆问题建模的基础上求解出电机相应的磁钢强度。最后再将设计好的数值与转速6000r/min、角速度为5Nms的反作用飞轮电机进行比照。由比照结果可知,该电磁电机设计方法适合有效电磁气隙宽大、径长比结构大的飞轮电机电磁设计,且实验方法设计误差小、精度高、目标明确、速度快。