Halbach磁极组合高速永磁同步电机优化

为提高高速永磁同步电机的气隙磁密性能和降低振动噪声,采用Halbach磁极组合优化电机气隙磁密性能,并通过转子分段降低振动噪声。分析了气隙磁密与Halbach结构之间的联系,通过优化永磁体形状和充磁方向共组成4种Halbach结构;并通过仿真对比分析,最终确定气隙磁密性能最好的不均匀不等厚Halbach结构能提高气隙磁密性能。在不均匀不等厚Halbach结构基础上,采用软磁材料代替永磁体,通过仿真分析,最终确定1/4软磁结构能节约永磁体成本。分析了转子分段与径向电磁力的关系,计算出不同分段数相对应的错极角度,通过仿真对比分析,最终确定转子分3段的优化方案,其最大振动加速度降低了44.8m/s2,最大声压降低了21d B,说明转子分段能有效降低振动噪声。

基于Halbach阵列与组合型磁极相结合的表贴式永磁电机优化设计

为了减小表贴式永磁电机气隙磁场中谐波含量过高所带来的电机性能下降的影响,提出了Halbach磁体阵列与组合型磁极相结合的转子结构。基于时步有限元计算软件,利用田口法正交试验,以谐波畸变率THD和气隙磁密基波幅值大小为评价标准,优化设计了4极永磁电机的转子结构参数。优化参数包括:磁钢厚度、组合磁极的磁极配比、Halbach充磁夹角、较小磁能积的永磁材料的矫顽力大小。通过对比优化前后气隙磁通密度谐波含量,验证了该优化方法的有效性。

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机性能和材料成本研究

稀土永磁同步电机性能优越,但稀土永磁材料价格昂贵导致电机成本增加。因此,提出了一种新型少稀土永磁同步电机,其永磁体采用组合磁极Halbach结构。分析了少稀土组合磁极永磁同步电机的结构特点,并在此基础上,提出了少稀土T型、HAT型和LREH型三种组合磁极Halbach永磁同步电机拓扑结构。从电机空载反电动势、空载齿槽转矩和额定负载电磁转矩等方面分析了三种拓扑结构少稀土永磁同步电机,并与稀土永磁同步电机进行对比分析。在等转矩条件下研究了钕铁硼和铁氧体两种永磁体厚度对少稀土组合磁极永磁同步电机材料成本的影响。对比分析了稀土永磁同步电机和三种少稀土永磁同步电机的材料成本。有限元仿真结果表明LREH型少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机具有更好的转矩性能和更低的材料成本。

磁极组合式永磁丝杠的结构分析与优化

为改善永磁丝杠复杂的螺旋形磁极加工制造难度,对螺旋磁极结构进行改进替代。应用有限元法(Finite Element Method,FEM)对推力和转矩静特性进行仿真,证明丝杠磁极为斜环、螺母磁极为螺旋结构和丝杠磁极为螺旋结构、螺母磁极为斜环的两种永磁丝杠结构能够实现平稳传动。由于结构中仍部分存在螺旋结构,故进行实用化改进。方案一是将直环离散的若干圆弧形磁极块阶梯式组合排列;方案二是采用半斜环磁极组合结构。结果表明,后者组合磁极块数更少,在保证运动系统平稳传动的同时,具有更大的推力和转矩。同双螺旋永磁丝杠相比,推力误差和转矩误差仅分别为3.981%和0.583%,故而为替代螺旋磁极的一种较为理想的方案。此外,提出了极距比K的概念,得出K=0.3时,单位磁极产生的电磁推力和转矩最大,磁极利用率最高。在此基础上,将半斜环磁极结构采用Halbach阵列优化,峰值推力和转矩可分别提升42.3%和36.3%,且存在最优辅配比λ=0.4。

磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机的设计与分析

在现有Halbach阵列永磁电机的基础上,提出了一种磁极组合式的Halbach永磁阵列轴向磁场无铁心电机,阐述了该电机的结构与优点,分析了该电机的电磁转矩。借助三维有限元分析方法,优化设计了组成转子磁极的Halbach永磁材料、软磁材料尺寸。在综合考虑单位体积永磁体所产生电磁转矩和气隙磁密正弦性的基础上,确定了电机转子磁极上轴向磁化、切向磁化永磁体以及软磁材料的极弧系数。与传统Halbach结构轴向磁场无铁心永磁电机相比,优化后的磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机,在保证气隙磁密大小一定的基础上,减少了永磁体用量,降低电机造价,从而提高了电机性价比。样机实验和有限元分析结果验证了所设计电机的正确性和有效性。

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。

组合磁极削弱永磁同步电动机转矩脉动方法研究

针对永磁同步电动机的转矩脉动削弱问题,研究了组合永磁磁极的转矩脉动削弱方法。组合磁极由两种性能不同的永磁材料组成,通过合理选择永磁材料与极弧宽度组合,可削弱气隙磁密和反电动势谐波,进而削弱转矩脉动。采用解析法计算组合磁极产生的气隙磁密和反电动势,研究组合磁极的极弧宽度变化对反电动势的谐波的影响,以总谐波失真最小为标准,得到极弧宽度组合。有限元计算结果表明,采用极弧宽度组合时,反电动势谐波和永磁电机的转矩脉动都得到了很好地削弱。

组合磁极无槽PMLSM正弦磁场分析

针对传统永磁直线同步电机(PMLSM)齿槽效应及单一磁极产生的非正弦气隙磁场引起电机推力波动,使电机性能变差问题,提出一种组合磁极无槽PMLSM,以提高电机气隙磁场正弦度。建立了组合磁极结构模型,采用分层模型法将气隙磁场叠加,研究消除前三次低频次谐波磁场时,其正弦气隙磁场与电机结构参数及材料特性之间的解析关系式。对比分析了组合磁极和磁极未分段时的气隙磁密、空载反电势及其谐波磁场。研究结果表明当组合磁极中各段磁极长度、剩磁比例系数满足确定约束关系时,气隙磁场中三次、五次、七次谐波均为零,能使气隙磁密和空载反电势趋于标准正弦形,有效消除谐波影响,提高电机性能。解析法和有限元法结果一致证明了理论分析的正确性。

仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究

目的改善零件表面质量,延长零部件使用寿命。方法应用Ansys Maxwell模拟仿真沿盘形磁极圆周开不同形状槽时磁极磁感应强度的分布。以钛合金(Ti6Al4V)材料增材制造的成形零件为例,基于磁粒研磨抛光技术,利用仿形组合开槽磁极对成形零件沟槽表面进行研磨抛光。结果模拟结果表明,沿磁极圆周开均布矩形槽时,磁极的磁感应强度波峰值最大,波谷值最小,磁场强度梯度变化最大,最适合复杂工件表面的磁粒研磨。磁性磨粒粒径、磁极转速和研磨间隙等参数的设置都会影响研磨加工效果,经模拟和实验获得最佳工艺参数为磁性磨粒粒径180μm、磁极转速1000 r/min、研磨间隙2 mm。设置如上所述的加工工艺参数,成形零件沟槽表面粗糙度Ra由原始的10.70μm降为0.52μm,且其表面缺陷得到有效去除。结论采用仿形组合开槽磁极应用磁粒研磨技术能够实现增材制造复杂零件表面的研磨抛光。

基于组合磁极的无轴承永磁同步电机转子优化设计

无轴承永磁同步电机是一种正弦波驱动的电机,气隙磁场的正弦性影响着电机的性能,为了获得较小的转矩脉动和悬浮力脉动,提出了永磁体采用组合磁极的特殊结构。首先阐述了该结构对改善气隙磁场正弦性的作用,推导出了新的数学模型。其次,基于有限元分析,利用田口法正交试验,以电机的电磁转矩脉动与转矩平均值的比值和悬浮力脉动与悬浮力平均值作为评价标准,优化设计了磁极参数。最后将优化后的组合磁极式BPMSM与传统的单一磁极的BPMSM对比分析,结果显示,优化后的电机空载气隙磁密波形得到了明显改善,在保证转矩和悬浮力大小的基础上,转矩脉动和悬浮力脉动显著减小。

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。

磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计

Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。

新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG设计与分析

为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永磁阵列辅助磁极极角和充磁夹角进行了多目标优化设计,从而确定了最佳辅助磁极参数.最后对比了无铁芯AFPMG中采用不同磁极结构对发电机电压波形质量和功率密度的影响.结果表明:新型永磁发电机可以使发电机电压正弦波畸变率由2.40%下降为0.44%;相较传统两段Halbach和传统三段Halbach永磁阵列的无铁芯AFPMG,新型永磁发电机功率密度得到显著提高;新型永磁发电机的永磁体用量减少了16.68%,进而减轻了转子盘质量,使发电机更加适于低风速下稳定发电.

基于等效磁荷法的永磁电机Halbach阵列磁极磁场分析

基于等效磁荷法推导出永磁电机转子磁极——瓦形磁体在空间的磁场分布。同时用有限元法进行了分析,表明两者之间偏差较小,等效磁荷法满足计算精度要求。进而利用该方法建立了永磁电机的Halbach分布转子磁极静态磁场的模型,通过改变影响转子磁极磁场分布的极弧比和副磁极磁化角度两个因素,得到在不同磁极结构下的转子磁极静态磁场径向分量变化规律:每一极中主磁极空间跨度变大会导致Halbach永磁电机转子磁极静态磁场的径向分量基波幅值变大,而谐波含量先减小后增大;随着副磁极磁化角度变大,转子静态磁场的基波幅值先变大后减小,而谐波含量刚好相反,先减小后变大。

计及间隔的组合磁极无刷直流电机优化设计

本文提出一种永磁磁极间隔和组合磁极相结合的新型永磁无刷直流电机转子磁极结构,利用多块不等磁能积的永磁体替代每极的单块永磁体,在降低稀土永磁材料用量的同时,改善相绕组反电动势波形。本文针对四极无刷直流电机,依据主副磁极的位置形状和剩磁强度比例,以空载反电动势正弦化程度为优化目标,采用田口法对选定的优化参数进行正交试验。评估各个参数对优化目标的权重比例,从而选定优化设计方案,通过有限元仿真结果验证了该优化方法可有效提高电机性能。

Halbach-偏心磁极永磁同步电机的设计与优化

以提高永磁同步电机(PMSM)输出转矩,降低齿槽转矩、转矩脉动为目标,提出了一种转子采用Halbach-偏心磁极的9槽10极分数槽集中绕组PMSM。建立了PMSM电磁场模型,研究了不等厚磁极偏心距、Halbach径向充磁磁极所占的圆周角度对电机性能的影响规律。针对电机优化目标彼此之间相互制约的特点,基于NSGA-Ⅱ算法对电机参数进行多目标优化,优化后的电机平均输出转矩提升了8.4%,转矩脉动降低了62.2%,齿槽转矩降低了46.2%,为PMSM的结构优化奠定了一定的基础。

Halbach阵列磁极结构电机较普通永磁电机的优越性分析

Halbach阵列磁极结构是1979年美国K.Halbach博士提出的一种新型永磁结构。本文在对Halbach阵列磁极结构特点的分析研究基础之上,通过对比Halbach阵列磁极结构和普通磁极结构的特点以及磁性能,研究了Halbach阵列磁极结构在波形正弦性和气隙磁场大小方面较普通磁极结构的优势,并分析总结了Halbach阵列磁极结构电机较普通永磁电机的优越性,对Halbach阵列磁极电机的后续研制具有一定的指导意义。

采煤机牵引电机磁极开关组合控制研究

为满足煤矿开采生产需求,提出了采煤机牵引电机磁极开关组合控制方法。通过分析采煤机牵引电机运行原理,将TMS320F2811型数字信号处理芯片作为核心硬件,设计由采样模块、磁极开关组合控制器等构成的采煤机牵引电机磁极开关组合控制结构,采样模块采集采煤机牵引电机功率变换器的电流、电压值后,将其传输到磁极开关组合控制器中,该控制器输出脉冲触发,经过控制驱动软件驱动CPLD逻辑处理器件控制驱动程序驱动电路后,控制磁极开关组合开启或关闭,实现采煤机牵引电机磁极开关组合控制。其中,控制驱动程序使用Linux嵌入式操作平台提供的交叉编译器编写。实验结果表明,该方法可有效控制采煤机牵引电机磁极开关开启或闭合,其控制采煤机牵引电机磁极开关组合时,控制输出曲线与期望输出曲线较为吻合,且控制磁极开关组合后,采煤机牵引电机电流畸变数值较小,具备较为显著的应用效果。

组合式磁极加工工艺研究

1．结构特点分析磁极是轴承内、外套圈进行磨加工过程中的常见机床夹具。目前，国内轴承生产中出现很多的进口设备，在其中出现了一种外形很怪异的组合式磁极，如图1所示，组合式磁极主要由3件工件组合而成，由外及里分别是：外环、铜环、内环，之间采用过盈配合装在一起，主要要求有以下三点：