直线发电机Halbach充磁结构的改进研究

为改善传统Halbach充磁结构在直线发电机的非气隙侧产生漏磁,导致主磁通含量降低、功率密度变小和带负荷能力下降的问题,提出了在传统的Halbach充磁结构上进行改进,用于改善直线发电机的磁场分布。首先对传统矩形永磁体结构形状进行了改变,提出了梯形、T字形和U字形的Halbach充磁结构的变体,通过分析在不同尺寸下的磁通密度基波含量,从而找到各个变体的最佳设计尺寸。仿真结果表明,U字型Halbach充磁结构比其他几种结构对改善非气隙侧的漏磁作用更加明显,输出功率和效率均得到了提高。

Halbach结构永磁电机的电磁振动与噪声分析

针对转子为Halbach结构的永磁电机进行额定功率下的电磁振动和噪声分析,建立了永磁电机径向力波的解析表达式,并分析了引起振动和噪声的两类主要力波,通过解析法确定了电机的主要噪声源。为了表征Halbach结构电机的电机特点及其振动噪声性能,比较了Halbach结构和普通径向充磁结构的两台电机,针对这两台电机分别进行气隙磁密的分析,以及振动和噪声的比较。对比分析结果表明,Halbach结构的永磁电机转子轭部更薄,重量更轻,气隙磁密正弦度更高。但由于径向气隙磁密3次谐波含量的不同,Halbach结构永磁电机的主要激振频率下的振动加速度幅值相比传统径向充磁结构的永磁电机高出9.56%,总声压级高出0.65 dB。分析结果为机泵一体化装备的电机选择和设计提供了研究基础。

车用多层磁钢内置式永磁同步电机研究与设计

针对电动汽车驱动电机性能需求日益提升的现状,设计了一种车用发卡绕组多层磁钢内置式永磁同步电机,保证高功率密度、高效率的设计要求。利用有限元方法建立4种发卡绕组多层磁钢内置式永磁同步电机的二维模型,在转子分段斜极优化的基础上,比较4种电机的性能,探究多层磁钢结构中不同永磁体对电机性能的影响,选择最合适的结构进行后续多次优化;利用田口算法对电机磁钢尺寸设计进行优化,通过参数对优化目标影响的比重选出最优组合;对优化后的电机进行Halbach充磁,对每层磁钢分别利用同一角度充磁,进行参数化扫描寻优,选择最合适的一层充磁,并选择最合适的充磁角度及对应的充磁长度获取最优性能。结果表明:多次优化后的电机在保证较高平均转矩的基础上,转矩脉动与齿槽转矩大幅降低,可满足新能源汽车电机的性能需求。

基于Halbach双摆线永磁齿轮设计与参数分析

设计出一种基于Halbach充磁阵列的双摆线式永磁齿轮(Double cycloid permanent magnetic gear,DCPMG)。给出了DCPMG运行机理和初步参数的设计计算方法,通过空间电磁谐波法建立了传动比的计算模型;并通过等效电流法和麦克斯韦张量法给出了内、外层气隙的电磁转矩表达式;基于Ansoft Maxwell 2D建立了DCPMG的有限元模型,并据此验证了初选模型的正确性;通过控制变量法对DCPMG气隙长度、偏心距、轭铁厚度及永磁体厚度进行了仿真优化。结果表明,优化后的DCPMG转矩密度可达353 kN·m/m^(3),较初选模型提升了约10%。

基于MVO的表贴式Halbach永磁同步电机优化设计

本文提出了一种采用Halbach充磁的新型不均匀表贴式转子结构的永磁同步电动机。在转子永磁体材料用量相同的前提下,该电机所采用的不均匀不等厚永磁体结构能够有效地改善气隙磁密波形,从而提高电机性能。为了得到转子永磁体形状的设计参数,建立了该电机的数学模型,以气隙磁密基波含量、谐波畸变率和永磁体用量为目标函数来进行电机的优化设计。为了寻找目标函数的最值,首次采用Multi-Verse Optimizer(MVO)优化算法进行寻优,提高了寻优速度和准确性。非均匀Halbach阵列结构电机与传统均匀分布Halbach充磁电机进行了仿真性能对比,结果表明,非均匀Halbach阵列结构电机可以进一步改善气隙磁密波形,提高电机性能。

Halbach阵列双转子永磁电机磁场分析与转矩计算

双转子永磁电机是一种具有高转矩密度、高运行效率新型永磁电机,双层气隙结构也使电机内部磁场分布更加复杂、转矩波动更为严重。为进一步改善该电机气隙磁场分布,降低输出转矩脉动,内、外侧转子分别建立新型Halbach阵列磁体,使两部分转子同时获得理想的单边磁场。通过建立双转子电机二维有限元模型,计算和分析了电机内、外转子的径向气隙磁密、齿槽转矩、输出转矩脉动等特性,并与径向充磁双转子电机进行比较。结果表明,该方法可以有效优化气隙磁密,降低转矩脉动系数,提高电机运行稳定性。

考虑磁钢磁化方式的永磁电机空载气隙磁场性能分析

针对磁钢磁化方式影响永磁电机空载气隙磁场性能的问题,建立了永磁电机空载气隙磁场的解析模型.通过对磁钢的两种充磁方式的分析,即径向充磁和两段式Halbach充磁,获得了永磁电机空载气隙磁密径向分量和切向分量的计算方法.选用一台1极12槽永磁有刷直流电机作为对象,利用解析模型计算了空载气隙磁密,通过与有限元仿真结果对比,验证了解析计算结果的正确性.在此基础上,计算了两种充磁方式下的空载气隙磁场径向磁密畸变率,结果显示:永磁有刷直流电机采用两段式Halbach充磁的畸变率明显低于径向充磁.同时,分析了极弧系数、磁钢厚度、极对数、槽口宽与径向磁密畸变率之间的关系,为永磁电机的初始设计提供了参考依据.

圆筒型直线电磁复进机性能与控制特性研究

针对传统液气式复进机易破损漏气、易污染变质、可控性差等问题,提出了一种圆筒型直线电磁复进机。通过对火炮复进过程进行分析,确定了电磁复进机技术要求与关键尺寸参数。设计了圆筒型直线电磁复进机结构,并利用Maxwell软件建立电磁复进机有限元模型,分析了电磁复进机充磁方式和关键尺寸参数对推力特性的影响。建立了电磁复进机数学模型,设计了一种改进型自抗扰控制算法,对火炮复进过程进行控制。仿真结果表明,所设计的圆筒型直线电磁复进机能够满足火炮复进过程需求,改进型自抗扰控制算法实现了火炮复进过程快速准确控制。研究成果为可控式磁阻尼反后坐装置的设计提供了重要理论支撑。