Investigation of Valve Plate in Water Hydraulic Axial Piston Motor

This paper has introduced the developments of water hydraulic axial piston equipments. According to the effects of physicochemical properties of water on water hydraulic components, a novel valve plate for water hydraulic axial motor has been put forward, whose moment exerted by the fluid field between valve plate and bearing plate is balanced entirely. The material screening experiment of valve plate is done on the test rig. Through numerical simulation the effects of some geometry parameters on the performance of water hydraulic motor have been studied. The silencing grooves on the valve plate in water hydraulic motor can reduce the pressure shock and the occurrence of cavitation effectively. It is evident that the appropriate structure should change the wear status between matching pairs and reduces the wear and specific pressure of the matching pairs. The specimen with the new type valve plate is used in a tool system.

Dynamic Analysis of Axial Magnetic Forces for DVD Spindle Motors

The axial magnetic force, induced by the complicated flux linkage distribution from rotor magnet and stator slotted, is constructed by different relative heights and calculated by 3D finite element method (FEM) to analyze the dynamic characteristics for a DVD spindle motor. The axial magnetic force is designed to provide an axial stiffness, and govern the natural frequency of the dynamic performance. According to the simulation results and experimental measurements, the dynamic behaviors are significantly improved with a variation of relative height of rotor magnet and stator slotted on a DVD spindle motor.

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.

Design of Axial-Flux Motor for Traction Application

This paper deals with the design of high power – low dimensions axial-flux permanent-magnet motor intended for trac-tion application. First, two motor configurations are analytically designed and compared using finite element calcula-tion. Then, the configuration yielding the best performances is integrated and modelled with the whole traction chain under MATLAB/SIMULINK environment in order to demonstrate the motor operation on a large speed band.

定子通风槽钢结构对提高中型高压电机散热性能分析

为降低YJK450-6、400kW中型高压电机的通风散热性能,本文对该电机不同通风槽钢结构进行了散热性能研究。首先,在现有电机的直线标准型通风结构基础上,提出单列缩放型、双列直线型、双列缩放型3种轴-径向混合通风结构形式;在SpaceClaim软件中建立电机3维温度场数值计算模型,根据基本假设和边界条件结合电机内部热量传递公式计算出电机仿真设置参数,并导入Fluent软件进行仿真模拟,其中,计算温度场所用热源通过AnsoftMaxwell平台计算的电机损耗值获取。其次,通过网格无关性和温升试验验证本文建立的电机3维温度场数值计算模型;通过仿真模拟对比分析3种轴-径向混合通风结构与直线标准型结构对电机流场和温度场的影响;采用正交试验法对轴-径向混合通风结构进行参数优化,得到最佳散热结构和参数方案;进一步探究冷却风速对双列缩放型槽钢的电机换热性能的影响;结合定子绕组温升和电机整体的温升均匀性系数,对最佳散热结构和参数方案电机进行散热效果评价。仿真结果表明:本文建立的计算模型是有效的;双列缩放型通风槽钢结构的各项散热性能指标均最好,是最优通风槽钢结构;径向风道高度为6mm且数量为13的双列缩放型通风槽钢结构为最佳散热结构和参数方案;双列缩放型通风槽钢结构两侧的平均对流换热系数随冷却风速增大而增大,且槽钢迎风面的平均对流换热系数明显大于背风面;径向风道高度为6mm且数量为13的双列缩放型通风槽钢结构电机的内/外层绕组温升分布均匀性系数比直线标准型电机分别提高88.13%、20.11%。因此,优化设计通风槽钢结构有利于电机内部空气流动和散热,可实现有效降低电机内部温升的目的。

混合转子永磁电机双风道冷却系统设计

混合转子永磁电机具有高功率密度的优势,但也导致电机散热空间和散热能力不足等问题。为此,根据其特有的转子结构提出一种双风道冷却系统,并采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的方法对电机温度场进行验证。首先,根据电机损耗和尺寸设计一个适合双风道的轴流风扇。其次,对不同进、出风口的结构参数进行仿真,对比和分析仿真结果,选出冷却性能较好的参数组合。最后对单风道和该参数组合下的双风道进行数值模拟,仿真结果表明,使用双风道冷却结构后电机散热能力显著提升。

径轴向聚磁型永磁推进电机优化设计与分析

为了进一步实现永磁电机磁负荷和转矩密度的提升,提出了一种径轴向聚磁型永磁推进电机结构,转子永磁体在Halbach径向聚磁结构基础上进一步结合轴向延伸永磁体,实现了永磁磁场的径轴向聚磁。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,利用有限元分析了所提电机结构的电磁性能。首先对比分析了定转子等长结构、定转子不等长(overhang)结构输出性能,并对对称型overhang结构进行了参数化优化,有效提升了电机转矩密度。最后,利用三维有限元模型对比分析了径向overhang和径轴向overhang电机的电磁性能,结果发现径轴向overhang电机空载磁密提升了6%、输出转矩增大了1.3%、转矩脉动减少了0.4%,进一步验证了电机性能的优越性。

基于四配流轴向柱塞马达的制动能回收方法

针对大惯性回转机构在制动时,动能都以热能的方式损失的问题,提出一种四配流轴向柱塞马达和蓄能器结合的制动能回收方法。不同体积、初始压力的蓄能器对惯性负载的回转制动能的回收和再利用的效果不同,为寻求较合理的蓄能器参数以达到较高的能量回收效果,手动调整仿真参数较为繁琐,提出采用基于多核CPU的快速并行优化方法用于蓄能器参数优化。首先,大惯性负载的驱动机构采用四配流轴向柱塞马达,其能量系统回收模型在Simulation X搭建,进而导出成具有CVODE求解加速的可执行程序,脱离仿真软件平台,在Windows操作系统独立运行;然后,利用导出的可执行程序与VC++进行二次开发,以微粒群算法解决特定工况下蓄能器选型的问题,充分利用多核CPU实现并行优化以提高仿真速度。仿真结果表明,在特定负载下得到优化后的蓄能器的参数,蓄能器回收并释放的能量占惯性动能的24.5%,回收油液全部得到释放。采用基于多核CPU的并行优化方法,仿真效率提高了10倍以上,该方法对系列化液压产品的快速开发具有一定的借鉴价值。

斜轴式柱塞马达外壳的振动与噪声特性分析

为降低柱塞马达的噪声,提升液压系统的稳定性,针对斜轴式柱塞马达的外壳进行了振动和噪声特性分析。首先对马达的内部激振源和振动传递路径进行分析,然后在ANSYS中对外壳依次进行模态分析、谐响应分析,获得对外壳结构动态性能影响最大的模态频率及工作时结构振动剧烈的区域,最后在半消声实验室对斜轴式柱塞马达进行噪声测试,验证了仿真结果的准确性。研究结论为斜轴式柱塞马达的减振降噪技术提供了新思路。

定子结构优化对盘式电机齿槽转矩的影响分析

齿槽转矩会恶化电机性能,为削弱盘式永磁电机齿槽转矩,文章提出了定子偏移和不等定子齿靴两种结构优化方法。首先通过能量法与傅里叶分解推导出轴向电机齿槽转矩公式,进行定子槽口宽度优化得到原模型的最小齿槽转矩;然后用公式推导计算与有限元分析,得到定子偏移结构的偏移角度;最后通过理论分析和仿真计算得到基于最小齿槽转矩的不等定子齿靴扩张宽度比,不等定子齿靴结构可使定子上下两侧的齿槽转矩相互抵消。对比结果表明,不等定子齿靴结构对齿槽转矩削弱效果最好,当扩张宽度比取1.2时,齿槽转矩降低71%。

聚磁式转子轴向磁齿轮复合电机的有限元分析

在系统介绍轴向磁齿轮复合电机基本工作原理的基础上,提出了一种具有聚磁式转子的轴向磁齿轮复合电机。采用有限元分析方法对复合电机的电磁性能进行了三维数值仿真分析,验证了电机结构的合理性,并详细分析了聚磁式转子结构参数对电机输出转矩与轴向磁拉力的影响,得出转子参数对转子两侧圆周和轴向磁拉力的影响相似,为后续的试验研究提供了理论参考。

轴向磁通永磁电机混合冷却结构设计与分析

针对轴向磁通永磁电机损耗大和散热困难的问题,提出了风冷结构和混合冷却结构,其中混合冷却结构由端盖风冷结构和定子水冷结构组成。建立了电机的三维模型,采用流固耦合法对电机进行仿真分析,通过对比两种冷却结构的冷却效果,选择了混合冷却结构作为电机的冷却系统。通过仿真分析了流速对电机温升的影响,并根据仿真结果确定了混合冷却结构最佳的入口风速以及水速,证明了混合冷却结构的有效性,为轴向磁通永磁电机的冷却系统设计提供了一定的参考。

新型Halbach阵列盘式永磁电机的磁场解析

基于印制电路板(PCB)技术的盘式永磁电机(AFPMM)提出一种新型Halbach阵列的转子结构,该阵列结构简单、易于优化。运用矢量磁位法对新型转子产生的空载气隙磁密进行解析推导,获得关于气隙磁场的数学模型。基于该模型,保持永磁体总用量不变,以永磁体极弧系数比和径向长度比作为优化变量,气隙磁密基波幅值和谐波畸变率作为优化目标,确立最优转子结构参数。三维有限元仿真结果表明,解析法所得的气隙磁密波形与有限元法基本一致,验证了所提出解析模型的合理性。与传统Halbach阵列相比,新型Halbach阵列气隙磁密基波幅值提升了10.3%,同时谐波畸变率由19.8%降至4.8%,优化效果明显,可以有效降低高频工况下电机的涡流损耗、提升电机效率。最后制造一台样机进行相关实验测试,验证了解析和仿真分析的正确性,对PCB定子AFPMM的设计具有一定参考价值。

表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。

轴向磁通永磁电机冷却结构设计与温度场分析

为解决轴向磁通永磁电机散热难题,通过降低永磁体涡流损耗并采用水冷方式来限制电机温升。以一台25 kW、3000 r/min轴向磁通永磁电机为研究对象,分析永磁体分块对永磁体涡流的影响,确定永磁体分5段为综合最佳方案。设计两种水冷结构,分别是轴向内外螺旋水道和轴向内外U形水道。通过建立电机温度场分析模型,进行流固耦合的仿真计算,对比两种水冷结构的冷却效果,结果表明,U形结构冷却效果优于螺旋结构。

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有:减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。

轴向磁通切换永磁电机研究进展综述

轴向磁通切换永磁电机(ASFPM)结合了轴向磁通永磁电机与磁通切换电机的特征,凭借其轴向长度短、结构紧凑、功率高、转矩密度高、散热方便等优势,在电动汽车、电动飞机、风力发电等领域广泛应用。介绍了ASFPM电机典型拓扑结构,在电机设计与分析方法、齿槽转矩抑制技术、损耗与热性能分析与优化、控制技术、应用分析等方面对国内外研究现状及进展进行综述,并对该类电机当前的应用情况进行整理。基于ASFPM电机的研究现状,对未来的研究方向进行了探讨。

高空飞行器轴向磁通电机多目标优化设计

为了使特殊应用场合的高空飞行器轴向磁通电机(AFMHA)稳定运行,开展了从结构到算法的研究与优化。首先,采用基于目标偏好的三阶响应面多目标优化算法和遗传多目标优化算法进行优化设计;然后,以定子厚度H_(s)、永磁体厚度H_(m)、转子背铁厚度H_(f)和定子齿角度θ_(r)参数灵敏度为优化目标,对AFMHA进行多目标优化;最后,通过类比法比较两种优化算法的多项优化结果,寻找最佳优化方案。通过有限元仿真,验证了优化后的电机性能更稳定,满足AFMHA使用条件。

基于转子永磁分段优化的轴向磁通永磁电机涡流损耗分析与试验

轴向磁通永磁电机永磁体中的涡流损耗将使转子温度升高,致使永磁体产生不可逆退磁风险,影响电机的正常运行。该文推导了轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗的数学模型,分析得到永磁体表面涡流路径长度及永磁体表面积对涡流损耗的影响规律;结合理论分析,在永磁体完全分段的基础上,提出了三种永磁体部分分段的优化新方法;利用有限元软件建立了电机有限元分析模型,对永磁体的电流密度分布、涡流损耗、抗退磁能力、静力学强度等进行了仿真分析与比较,获得了较合适的永磁体部分分段数和永磁体保留尺寸。最后制作了样机,测试了电机效率、永磁体磁性能和永磁体温升情况,验证了所提优化方法的有效性及理论分析的准确性。

直线旋转开关磁阻电机的轴向速度控制与快速轴向定位

目前直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)只可实现轴向定位控制,两自由度运动方式较为单一。为提高LRSRM轴向控制性能,本文提出了一种轴向速度控制方法,通过线性位置/速度观测器协调控制转子的轴向位移和轴向速度,由转矩与轴向力的数学模型解算出转矩及轴向力绕组的给定电流,再将其分配到对应的绕组导通区间,分别进行电流滞环控制。该方法可以有效调节转子在旋转过程中的轴向定位速度。仿真和实验验证了所提方法的控制效果。