超导超高压同步调相机多工况下定子电磁力计算及强度分析

超导调相机采用电缆绕组非磁性齿的高压定子新结构(简称超导超高压调相机),可实现调相机与电网的直连。针对超导超高压调相机定子采用非磁性齿结构,导致齿部磁阻增加,槽漏磁增大,出现定子齿壁两侧受力不均以及绕组切向洛伦兹力增大的问题,构建了超导超高压调相机无升压变压器与电网直连的场-路耦合数学模型,结合麦克斯韦应力法和洛伦兹力原理,计算了进相与迟相运行,短时深度进相与迟相运行4种运行工况下定子齿壁所受电磁力,并给出齿壁两侧电磁力随时间以及空间的变化规律。将计算得到的电磁力作为载荷,对不同运行工况下定子齿的强度进行计算,得到了定子齿形变大小和应力分布规律。结果表明超导超高压同步调相机在多种工况下运行时,非磁性定子齿不会发生疲劳断裂现象。该研究为超导调相机采用非磁性定子齿及超高压绕组结构提供理论依据。

永磁无刷直流电机定子齿部辅助槽对转矩特性的影响分析

推导了齿槽转矩表达式并分析了电机槽极配合对齿槽转矩和转矩波动的影响。基于一款6槽8极的永磁无刷直流电机,研究定子齿顶开槽对齿槽转矩的抑制作用。有限元仿真分析表明,电机齿槽转矩和转矩特性与辅助槽数量和槽口尺寸有较大关系,当定子齿顶开2个辅助槽、槽深0.6 mm槽宽2.0 mm时,齿槽转矩下降了69.1%。样机实测数据验证了有限元分析的结果。

环形行波超声波电机动态接触摩擦特性建模与分析

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。该文考虑定子齿结构,基于Dahl摩擦这一动态摩擦定律,分析了定子振动的瞬态响应过程、定子齿质点与转子的法向接触和切向摩擦及转子运动方程,建立了环形行波超声波电机定转子动态接触摩擦解析模型。基于所建立的模型,研究了定转子间的接触状态和法向接触应力,以及相对速度和切向摩擦应力,并分析了电机的输出性能。最后,测量了样机的输出特性,将测量值与所建立模型的计算值进行比较,二者基本吻合。此外,也对比了忽略定子齿结构并采用库仑摩擦定律的接触摩擦模型的计算值,结果表明,所建立模型的计算值能更好地与实验值相吻合,说明所建立的模型能够更准确地描述定转子接触摩擦传动特性。

行波接触型超声波电机定子齿对电机性能的影响

本文对行波接触型超声波电机定子振动情况进行了分析 ,得到定子振动的固有频率和幅频特性 ,阐述了电机中定子齿的设置对定子振动的作用。针对三种不同的定子环模型 ,分别讨论了定子齿对固有频率、振幅及电机转速的影响 。

高速磁悬浮列车定位测速系统

为实现高速磁浮列车位置和速度检测,提出一个检测方案.该方案通过检测长定子直线同步电机的齿 槽和轨道旁固定位置的绝对位置参考板获取相对位置与绝对位置信号,并利用这2个信号相互校验,消除检测过程中产生的误差.在与上海高速磁浮示范运营线完全相同的长定子上进行的实验结果证明所提方案是可行的.

定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响

在简述齿槽转矩产生机理的基础上,根据解析表达式讨论了定子槽数对齿槽转矩的影响。并建立电机电磁场模型,通过有限元法,定量分析永磁电机齿槽转矩,对不同结构的辅助槽对应的齿槽转矩进行对比计算,并对定子齿开槽对齿槽转矩的影响进行分析。结果表明,合理的定子齿开槽可以有效抑制齿槽转矩。

基于改变定子齿槽参数的异步起动永磁同步电动机齿槽转矩削弱措施研究

齿槽转矩是永磁电机的共有问题,是该类电机设计中需要重点考虑的问题之一。异步起动永磁同步电动机能够利用笼型转子产生的异步转矩实现自起动,齿槽转矩的存在会对电机的运行产生不利影响。研究了通过改变定子齿槽参数削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,分别推导了改变定子齿宽、定子不等齿宽配合及定子不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式,给出了相应地能有效削弱电机齿槽转矩的定子齿槽参数确定方法。有限元计算结果表明,上述措施能有效削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并且不会对电机性能产生较大影响。

考虑定子齿结构的行波超声波电机接触摩擦模型

本文分析了定子的振动、定转子的法向接触和切向摩擦,考虑了定子齿结构,采用解析法建立了环形行波超声波电机定转子接触摩擦模型。基于所建立的模型,分析了定子表面质点与转子间的接触时间和切向摩擦力以及电机的转矩-转速特性。此外,也对考虑定子齿结构和忽略定子齿结构的模型计算结果进行对比,结果显示,在相同的预压力下,考虑定子齿结构时,定子表面质点与转子的接触时间比忽略定子齿结构时要长,而且转矩-转速特性的计算结果要低于忽略定子齿结构时的计算结果。最后,将理论计算结果与实验结果进行了对比,考虑定子齿结构时的计算结果比忽略定子齿结构时更接近实验值,说明考虑定子齿结构的接触摩擦模型能准确地反映定转子间的接触和摩擦特性。

新型内齿式双定子直线振荡电机

普通双定子直线振荡电机定子间隔处存在较大漏磁,降低了永磁体的利用率。为减小电机漏磁,设计了一种新型的内齿式双定子直线振荡电机。介绍了该新型电机的基本结构,推导出了电机电磁推力的解析公式,并通过准二维参数化有限元分析验证了其正确性;在此基础上,进一步分析了电机的气隙磁场分布,计算了不同电流和位置下的电磁推力;最后分析了该新型直线振荡电机的机械振动特性。通过与普通双定子直线振荡电机进行对比发现:内齿式双定子直线振荡电机在双定子间隔处的漏磁明显减小;在满足同一有效行程条件下,永磁体的轴向长度减小了约17%。对比结果证明了该设计的有效性。

一种环型驻波超声电机的结构设计与工作机理

对环状超声电机定子中驻波的特征进行了分析,探讨了驻波状态下电机定子端面质点轨迹与矩形板表面质点运动轨迹之间的差异,指出驻波状态下圆环定子内圆周侧面上只有靠近波峰和波谷附近的区域和电机转子相接触,且接触区域的正压力会增大。设计了一种新型驻波超声电机,电机定子内侧面采用矩形小齿结构,并且实现了电机的薄型化。分析了此驻波电机的工作机理,证明利用驻波状态下波峰和波谷位置矩形小齿的位移能够驱动电机转子。制作了样机,完成了电机定子性能测试和电机运行实验。实验结果表明,电机在输入单相电压信号时能实现平稳运转。

振子齿对驻波型直线超声电机振动模态的影响

对一类直线型驻波超声电机振子的振动模态进行了系统分析,讨论了定子齿的位置、几何尺寸对直线型超声电机的固有频率、振型的影响,为该类驻波型直线超声电机的设计提供了理论依据。

定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

内置式永磁电机的永磁体在转子内部,与表贴式永磁电机相比,其等效气隙小、齿槽转矩的影响大。在分析齿槽转矩产生机理的基础上,研究了定子齿开辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。以8极48槽内置V型永磁同步电机为研究对象,利用有限元方法分析了槽口宽度、深度和槽口中心线夹角对齿槽转矩的影响。研究表明,合理设计定子齿上的辅助槽可以有效地削弱内置V型永磁同步电机的齿槽转矩。

振子齿对驻波型直线超声电机振动模态的影响

本文对一类直线型驻波超声电机振子的振动模态进行了系统的分析,讨论了定子齿的位置、几何尺寸对直线型超声电机的固有频率、振型的影响,为该类驻波型直线超声电机的设计提供了理论依据。

基于杂散损耗分析的感应电机定子齿参数优化

为研究低杂散损耗的定子齿参数,对引起杂散损耗的电机谐波磁场进行了理论分析,建立了有限元电机杂散损耗计算模型,分析了11 k W铸铝转子感应电机定子齿参数变化对电机杂散损耗的影响。分析结果表明,定子齿参数对电机杂散损耗影响程度由大到小依次为定子齿顶拱高、定子齿顶宽、定子齿宽和定子齿顶高。在保持电机转矩特性的前提下,结合有限元分析结果,对感应电机定子齿参数进行优化,电机杂散损耗降低了29.8 W(约占优化前杂散损耗的23.4%)。

基于扩展有限元的超声电机定子损伤分析

超声电机定子齿在超频振动和转子冲击性剪切作用下会生微裂纹而致疲劳破坏。基于Abaqus软件建立含I型裂纹的旋转型超声电机定子损伤模型,模拟裂纹位于不同位置时定子结构的力学响应,并以结构应变能、粘性耗散能和裂纹源输出集余能三参数为对象,讨论了裂纹位置对定子结构准静力学响应的影响。结果表明,裂纹源处于不同位置时,定子结构响应的输出存在明显差异,裂纹发生扩展的潜能不同,会引起不同级别的安全故障。利用扩展有限元方法进行定子结构微损伤分析可行,在结构的先验损伤预测和诊断分析中将有所作为,而不局限于结构的尺度和类型。

兆瓦级直驱式永磁风力发电机的两种设计方案对比

以1.5MW直驱式永磁风力发电机为对象,在发电机体积相同的情况下,基于有限元法,对定子槽数和极数分别为120极/378槽和60极/270槽的两种设计方案进行了较详细的分析,并探讨了定子齿冠开不同槽对发电机的输出功率和齿槽转矩的影响。

外转子聚磁式横向磁通永磁电机设计

与传统永磁电机相比,横向磁通永磁电机(TFPM)具有更高的转矩密度,但存在漏磁与齿槽转矩较大等不足。为此,开展了兼顾抑制漏磁和齿槽转矩的表贴式TFPM设计与优化的有限元分析及实验证实的研究工作,但是该方案实际存在辅助定子固定困难的不足,迫切需要开展在体积及永磁体用量近乎均等的条件下,实现不逊色于具有辅助定子表贴式TFPM性能的横向磁通永磁电机的设计工作。论文提出了一种无辅助定子的聚磁式TFPM拓扑,首先基于有限元分析(FEA)确定了兼顾抑制漏磁和齿槽转矩的定子齿宽,再使用定子斜齿进一步地抑制聚磁式TFPM的齿槽转矩,并通过FEA验证了聚磁式TFPM设计方案的合理有效性。

口齿式定子驱动的平面超声电机特性分析

推出口齿形定子驱动的压电平面电机,选定子的面外弯振、面内横齿弯振、面内纵齿弯振作为工作模态,利用面外弯振分别与面内纵齿弯振、面内横齿弯振的振动耦合,分别在纵、横齿驱动足上生成沿xOz、yOz面行进的椭圆轨迹,以推动动子沿x、y向移动,阐明了电机的运动原理。基于频率一致性目标优化了定子尺寸,并厘定电机最适驱动频率为30 800 Hz。建立了定子机电耦合分析模型,计算出定子的瑞利阻尼,模拟出驱动足的椭圆轨迹,仿真得到在250 V电压激励时驱动足的x、y、z向振幅分别为2.1μm、2.6μm和2.0μm。探析了驱动电压、频率、相位差对电机振幅的影响。

转/静子齿对迷宫密封泄漏特性与动力特性影响机制研究

迷宫密封齿设计于转子或静子上对迷宫密封的性能影响较大。为揭示转/静子齿对迷宫密封泄漏特性与动力特性的影响机制,应用非定常动网格技术建立了迷宫密封泄漏特性与动力特性多频椭圆涡动求解模型,在验证求解模型准确性基础上,分析转/静子齿迷宫密封的泄漏特性与动力特性,并讨论2种结构对迷宫密封转子系统稳定性的影响。结果表明:转/静子齿迷宫密封的泄漏量均随压比的增加而增大,在12000~24000 r/min转速下,随转速的增加而减小,且转子齿迷宫密封的泄漏量始终高于静子齿迷宫密封;影响转/静子齿迷宫密封泄漏量的因素为泄漏面积;与转子齿迷宫密封相比,静子齿迷宫密封有着较大的有效刚度与有效阻尼,二者的切向气流力与转子涡动方向相反,均抑制了转子的涡动,且静子齿迷宫密封的切向气流力大于转子齿迷宫密封,因此静子齿迷宫密封更有利于转子系统的稳定性。

磁阻式旋转变压器极槽配合研究

磁阻式旋转变压器主要用于伺服控制系统中,针对极槽配合方式选择的问题,将信号绕组极对数引入到正弦绕组匝数计算中,推导出磁阻式旋转变压器定子齿数、信号绕组极对数和转子极对数之间的配合关系,并通过有限元仿真和样机试验验证了极槽配合方式的可行性。由极槽配合方法,信号绕组的极对数可以不等于转子极对数,同一个定子可以与不同极对数的转子配合,不同极对数的转子可以共用同一定子和绕组结构。为定、转子的选择和绕组绕线方式提供了理论基础和依据,大大缩短旋转变压器设计时间,提高设计效率,也增加旋转变压器的种类,有利于旋转变压器产品的系列化。