Study on Axial Flux Hysteresis Motors Considering Airgap Variation

Axial flux hysteresis motor (AFHM) is self-starting synchronous motor that uses the hysteresis characteristics of magnetic materials. It is known that the magnetic characteristics of hysteresis motor could be easily affected by air gap and structure dimensions variation. Air gap length plays an important role in flux distribution in hysteresis ring and influences the output torque, terminal current, efficiency and even optimal value of other structural parameters of AFHM. Regarding this issue, in this study effect of air gap variation on performance characteristics of an axial flux hysteresis motor and effect of air gap length on hysteresis ring thickness and stator winding turns is investigated. Effect of air gap length on electrical circuit model is perused. Finally, simulation of AFHM in order to extract the output values of motor and sensitivity analysis on air gap variation is done using 3D-Finite Element Model. Hysteresis loop in the shape of an inclined ellipse is adopted. This study can help designers in design approach of such motors.

V型交替极永磁同步电机气隙磁场调制效应研究

与传统V型永磁(V-shaped permanent magnet,VPM)结构相邻N和S极永磁体形成一对极磁场不同,V型交替极永磁(V-shaped consequent-pole permanent magnet,VCPM)结构永磁体与相邻铁心形成一对极磁场。为进一步探究VPM和VCPM电机磁场分布的不同带来的转矩性能差异,首先通过麦克斯韦应力张量法确认,并量化分析VPM和VCPM电机气隙磁密各次谐波转矩贡献,揭示两种电机主谐波与调制谐波转矩贡献的差异性,进而阐明VCPM电机转矩提升的根本原因在于其显著增加的调制谐波贡献的转矩分量。然后,研究关键结构参数对VCPM电机气隙磁场调制效应的影响规律。最后,加工一台VCPM样机并开展试验研究,验证理论分析和有限元仿真结果的可靠性。

考虑转速及温度影响的磁轴承分散PID控制器参数优化设计

传统磁轴承控制器设计过程多使用定参数磁轴承-转子系统动力学模型,难以保证良好的控制器性能。为此,考虑磁悬浮旋转机械运行过程中转速及温度对系统模型参数的影响,建立了变参数系统模型,进而对磁轴承分散PID控制器参数进行了优化设计。首先,转速影响轴承气隙的原理是材料的泊松效应,温度则是通过定转子热膨胀位移差影响轴承气隙,由此建立轴承支承力变参数模型;其次,考虑温度对转子材料弹性模量的影响,建立了考虑转速及温度影响的变参数系统模型;再次,以控制系统广义幅值裕度及灵敏度的加权值为优化目标,使用遗传优化算法对分散PID控制器参数进行了优化设计;最后,在测试平台上验证了所提磁轴承控制器参数优化设计方法的有效性。

液压电机泵中浸油电机的负载效应

提出一种电机内嵌叶片泵的液压电机泵结构,液压叶片泵的泵芯插装在电机转子的内部空间,电机转子内部还设置一个孔板离心泵以增强叶片泵的吸油能力,利用电机内部的油流对电机进行冷却,具有结构紧凑、噪声低、效率较高、无外泄漏等优点.由于液压油具有黏性且电机气隙较小,工作时气隙油膜受到剪切作用会产生负载效应,采用环形缝隙黏性流动模型和电磁场有限元分析方法,对电机气隙及油液黏度对电机泵效率的影响进行解析.研究结果表明,气隙适当增大时,可以提高电机泵的效率,有利于电机和液压泵的集成.

铁心电抗器气隙边缘效应计算及影响因素

提出一种用于计算气隙等效导磁面积的方法:用有限元法计算自感,将漏感从仿真所得自感中扣除,再结合主电感理论公式反推出气隙等效导磁面积扩大系数。分析了电感参数及ANSYS计算原理;结合对比文献论证了本方法的优越性;实验和仿真验证了该方法的正确性;定性分析气隙边缘效应的影响因素。研究结果表明:主要影响因素依次为气隙长度、铁心截面积、铁心相对磁导率,且气隙长度起主导作用;气隙等效导磁面积扩大系数与气隙长度呈正比,与铁心截面积和相对磁导率呈反比。本方法有效避免了漏电感的影响,所得结论可为铁心电抗器的设计提供参考依据。

直线式移相变压器边端效应研究

为削弱边端效应对直线式移相变压器效率及谐波抑制的影响,提出了一种通过改变气隙大小和边齿宽度达到削弱边端效应影响的方法。对直线式移相变压器的边端效应进行了理论分析,研究了边端效应产生的原因,对气隙磁通做了近似处理,推导出由边端效应所产生的电动势、电流、消耗功率以及考虑边端效应时的直线式移相变压器的等值电路。通过分析和对比推导结果,得到影响边端效应的两个主要参数:边齿宽度及气隙大小。根据这两个参数提出优化方案,减弱或消除边端效应对直线式移相变压器正常工作的影响,提高工作效率并减小输出电势的谐波含量。通过仿真来验证优化方案的有效性,结果表明,在本文使用的仿真模型中,将气隙控制在0.3mm的同时把边齿宽度控制在5mm,可以削弱边端效应的影响,使直线式移相变压器工作在最佳状态。该分析结果有利于将直线式移相变压器更好地应用于多脉波整流及多重叠加逆变中。

分段供电交流直线电机中偏置磁通密度的分析及其消除方法

对长初级分段供电直线电机中的静态纵向端部效应进行了研究。分析发现,对于采用常规单层分布绕组型式的直线电机,即使通入三相对称电流,通电段气隙磁场中依然会有较大的脉振偏置分量,未通电段部分也会有一定大小的脉振磁场,从而导致气隙磁通密度、轭部磁通密度幅值的增大,继而导致铁耗及电机重量的增加。为了解决这个问题,文中基于通电段端部两个极下线圈匝数的优化,提出了一种新型绕组型式。最后,通过解析理论分析及有限元仿真验证,证明了文中所提方法的有效性。

长沙城市森林对气温的调节效应

利用中南林业科技大学2005～2010年城市森林生态站林内和林窗及长沙市气象站的气温数据,研究了城市森林的温度特征以及城市森林对小气候的调节作用。结果表明:林内、林窗和长沙站的累年月平均气温、最高气温与最低气温的变化趋势基本一致,7月最高,1月最低;城市森林对气温有明显的调节效应,主要表现为对夏季最高气温的降温效应和对冬季最低气温的升温效应,尤其是晴天,林内的平均最高气温比长沙站可低达3.04℃(6月),林内的平均最低气温比长沙站可高达1.26℃(12月)。

基于PExprt的反激变压器损耗仿真分析

采用经典设计方法设计了一款反激变压器,通过PExprt仿真分析,验证了设计结果的一致性,采用2D有限元电磁场仿真分析了气隙效应对变压器的影响,证明气隙效应对变压器损耗有较大影响。研究了变压器磁心损耗的计算方法,发现采用Jiles-Atherton方法计算的结果更接近真实损耗。最后仿真分析了高频效应作用下线圈的损耗,结果表明考虑高频效应后,变压器的功耗、温升都远大于经典设计法的设计值。

磁阻式旋转变压器绕组结构设计与参数优化

针对电机与控制系统中,对电机转子位置和电机转速进行检测,从而实现电机高精确度控制的问题,结合电磁场理论设计了一种新型的磁阻式旋转变压器.利用转子磁极的凸极效应,使励磁绕组和输出绕组之间的互感随转子的位置而变化,从而在输出绕组中感应出具有转子位置信息的电动势.对旋转变压器定转子结构、励磁绕组与输出绕组的绕线方式、定转子参数进行优化设计.分析结果表明,这种旋转变压器极对数可任意选取,其精确度可以满足永磁同步电机矢量变换的要求.适用于电机一体化系统.

车用双层内嵌式永磁电机转子磁极优化设计研究

针对双层内嵌式永磁(IPM)电机现有空载气隙磁密解析模型与实际波形存在误差的问题,根据电机空载磁力线分布情况,提出一种考虑气隙磁密极弧边缘效应的空载气隙磁密解析模型。该模型能进一步提升空载气隙磁密谐波计算精度,并通过与有限元分析(FEA)法和传统解析法进行对比,验证了模型的有效性。采用定子齿滤波系数和定子轭滤波系数分别描述定子齿磁密和定子轭磁密与气隙磁密的内在联系。根据铁心损耗公式,引入定子谐波铁耗表征系数,采用改进磁路模型,保证空载气隙磁密基波幅值不变,以电机谐波损耗为优化目标对转子磁极进行优化。采用有限元法对比基准电机和优化后的电机空载定子铁耗和负载工况下的电机性能,验证了优化结果的有效性。

考虑饱和的开关磁阻电机径向电磁力解析建模

为了对开关磁阻电机径向电磁力进行快速计算和分析,提出了一种开关磁阻电机电磁力的解析计算模型.该模型考虑了饱和的影响,且能够反映电磁力的分布特征.基于磁通管法推导了磁动势和等效磁导,通过磁势乘磁导建立气隙磁场模型;分析了饱和对气隙磁场的影响,并引入修正系数对模型进行修正;基于麦克斯韦张量法建立了径向分布电磁力解析计算模型,并通过有限元方法证明了该解析模型的准确性.模型可以反映电磁力与电机结构的关系,适合电机设计和改进,以及振动噪声研究时快速计算电磁力.

考虑气隙边缘效应的高频变压器绕组结构优化

为了降低高频变压器气隙边缘效应对绕组损耗的影响,以传统绕组结构为基础,提出了两种绕组优化结构,优化结构Ⅰ是将气隙附近的原边绕组移开,优化结构Ⅱ是将辅助绕组替换布置在气隙附近的原边绕组。采用有限元法,针对两种优化结构的高频变压器进行了计算,得到了绕组最大损耗密度,与传统结构的比较表明,工作频率越高,两种优化结构在降低气隙边缘效应的影响上的优势更加明显。搭建了反激式变换器联合仿真电路,计算得到了在相同条件下三种结构的绕组损耗,验证了两种优化结构在高频变压器工作频率范围内降低绕组损耗的可行性。在两种优化结构的基础上,采用交叉换位技术进一步降低了绕组损耗。上述措施为降低高频变压器绕组损耗提供了参考。

太阳能混合墙体的实验研究

通过可调电压的太阳光模拟，对一个可调节通风通道的混合墙体烟囱效应进行实验研究，分析光照强度和通风通道宽度对通道内的温度场、速度场、自然通风量、温升及空气得热量的影响。实验结果表明，通道内的最低温度位置随光照强度增大和通道宽度增大朝吸热墙面移动；平均风速随着光照强度增大而增大，但随着通道宽度的增大呈先增后减的变化规律；自然通风量同时随光照强度的增大和通道宽度的增大而增大；空气得热量随着光照强度的增大而增大，但随通道宽度的增大而呈先增后减的变化规律，出现峰值时宽高比为0．3～0．5。

组合式Halbach阵列磁场分布特性研究

介绍了Halbach阵列原理和组合式Halbach阵列的自屏蔽效应,并讨论了组合式Halbach阵列的气隙磁密与磁钢厚度的关系,同时还对环形组合式Halbach阵列与表贴式永磁电机的气隙磁密基波进行了对比研究,揭示组合式Halbach阵列的磁场分布特点和在直线电机和旋转电机中的设计规律。实验结果很好地验证了所讨论模型的正确性。研究对永磁伺服电机设计和研究具有工程意义。

直线式移相变压器两类纵向边端效应分析

直线式移相变压器磁路开断导致边端效应,引起气隙磁场畸变。该文首先阐述了直线式移相变压器基本原理,着重分析两类纵向边端效应,推导出第一类纵向边端效应影响下磁动势分布情况,求出第二类纵向边端效应影响下气隙磁场解析表达式,得到影响气隙磁场畸变程度的参数。通过仿真验证了直线式移相变压器磁动势和气隙磁场分布,量化分析移相变压器相关参数对边端效应的影响;最后通过有限元仿真和样机实验分析不同负载下基于直线式移相变压器的多重叠加逆变系统的输出性能,进一步证明通过合理选取变压器设计参数可以有效削弱两类纵向边端效应对气隙磁场和工作性能的影响。

直线电动机静态横向边端效应研究

边端效应是直线电动机理论研究中的一个重要问题。本文应用保角变换方法对直线电动机空载磁场横向边缘的分布进行研究，提出在直线电动机的电磁设计中引入第三气隙系数，从而使计算精度提高。实验与计算基本吻合。

压磁式非接触测力传感器检测气隙范围的研究

针对压磁式测力传感器非接触测试时气隙的大小问题,采用了基于压磁效应的二磁极U型传感器作为研究对象。首先简要论述了这种传感器的工作原理,并导出其感应电压输出方程。然后针对被测试件(低碳钢Q345),设计了合理的试验方案。重点对压磁传感器的非接触测量进行了试验研究,分析了传感器频率、电流强度及气隙对其输出特性的影响。估算出传感器的最佳工作频率及电流强度。最后在大量试验数据的基础上,确定出了合理的检测气隙范围。试验结果表明,这种传感器结构简单,测量应力方便快捷,具有一定的应用开发价值。

直线电机静态横向边端效应研究

边端效应是直线电机理论研究中的一个重要问题。应用保角变换方法对直线电机空载磁场横向边缘的分布进行研究 ,提出在直线电机的电磁设计中引入第三气隙系数 ,从而使计算精度提高。实验与计算基本吻合 。

集磁环式光学电流互感器的结构优化

集磁环式光学电流互感器(OCT)利用磁光材料的法拉第磁光效应进行电流测量。根据安培环路定律,集磁环式OCT将磁场集聚在光学材料附近,通过对光学材料的磁场测量能近似反映整个闭合回路的磁场情况,进而反映电网的电流信息。因此,集磁环结构的设计对传感头的测量效果起关键作用。通过建立集磁环式OCT磁路的数学模型,阐述其工作原理和基本特性,其中包括灵敏度特性、磁特性和抗干扰特性。将这3种基本特性作为优化集磁环式OCT性能的指标,利用Ansoft有限元仿真软件对互感器的结构进行优化,确立了最佳优化尺寸。优化后的集磁环式光学电流互感器精度达到0.2级设计要求。