基于Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器性能提升

为了提高轴向式电涡流阻尼器的阻尼性能,引入Halbach阵列,建立了Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器(Halbach array axial eddy current damper,HAECD)模型。首先,阐明了HAECD的整体构造、工作原理与力学特性,采用三维电磁场有限元瞬态分析方法验证电涡流单元阻尼系数计算的准确性;然后,建立四种阵列方式的电涡流阻尼单元计算模型并进行了优化分析;最后,分析了永磁体厚度、磁化角度及磁极配比对HAECD阻尼系数的影响。研究结果表明:Halbach阵列相较于其他阵列方式,在同等磁体体积情况下的阻尼系数提升率最高可达59.2%;针对本装置,适当增加永磁体厚度能有效提升阻尼系数,最优磁体厚度为31 mm;当磁化角度为2°时,阻尼系数最大;阻尼系数随着磁极配比的增大而逐渐缓慢增加,当磁极配比为2.5时,阻尼性能最优。

环形Halbach永磁轮新型充磁设计及磁力特性研究

径向永磁轮具有“悬浮‒推进”一体化的独特优势,但是由于永磁轮存在非气隙侧漏磁现象,使得永磁轮利用率较低,需要进一步提高悬浮承载能力。鉴于此,文章提出了一种新型永磁轮充磁方案,能在相同永磁轮质量的条件下,有效提高悬浮驱动能力。文章提出在相邻永磁体之间插入斜向磁化的永磁体和径向充磁永磁体等分的永磁轮结构,阐述分析其基本原理,并搭建了三维有限元模型,以浮重比和驱重比为性能指标,求解各结构的最优尺寸。仿真结果表明,对于插入斜向磁化永磁体的永磁轮结构,其悬浮力提升了14.80%,驱动力提升了14.98%;对于径向充磁永磁体等分的永磁轮结构,其悬浮力提升了9.2%,驱动力提升了7.6%。研究结果表明,在永磁体用量相同的情况下,文章提出的充磁方法能够有效改善系统的悬浮力和驱动力特性,节约了成本,并提升了系统的运行效率,为后续永磁轮结构的优化和磁悬浮车辆的设计提供参考。

基于Halbach阵列的新型吸附结构设计及其优化

为解决目前爬壁机器人永磁式吸附结构难以改变吸附力大小的问题,提出了一种基于Halbach阵列的新型永磁式吸附结构,该结构由方形永磁体和圆柱形永磁体按一定的充磁方向排列组合而成,通过转动圆柱形永磁体改变充磁方向,从而改变吸附力大小.采用ANSYS Maxwell软件研究了吸附结构各参数(永磁体数量、轭铁厚度、气隙大小)对吸附力和单位吸附力的影响,并对以上参数进行优选;以单位吸附力为目标参数,基于粒子群算法对两种永磁体尺寸进行优化,优化前永磁体体积为219823 mm^(3),吸附力为744 N,永磁利用率为0.00352N/mm^(3),优化后永磁体体积为160027.4 mm^(3),吸附力为819.7 N,永磁利用率为0.00510 N/mm^(3).研究结果表明:吸附结构优化后节省了27.2%所占据的空间,增加了15.1%的总体吸附力,提升了45.5%的永磁利用率,优化后吸附结构的吸附性能有了显著提高,可为永磁式吸附结构的设计及优化提供参考.

新型Halbach次级结构永磁同步直线电机

提出一种新型Halbach次级结构的无铁心永磁同步直线电机,介绍了该新型直线电机的结构和原理,利用矢量磁位和边界条件对Halbach永磁阵列所产生的磁场进行解析分析,得到气隙磁通密度的表达式,建立直线电机的数学模型。通过研究分析,设计制造一台样机并进行相关实验研究,通过对比实验和仿真结果,来验证解析设计的合理性。

磁浮列车工程中的Halbach永久磁体结构的优化

Halbach磁体结构是工程上理想结构的近似,故可予以优化设计.磁体结构优化的目标是用最少量的磁体产生最强的磁场.针对磁浮列车用直线型Halbach磁体,提出优化指标,得到磁体结构的优化结果(解析表达式),并用实验验证.该解析表达式对直线型Halbach磁体的工程应用具有意义,因为在减轻磁体重量同时提高磁场强度是磁浮列车的关键技术.

基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电机设计研究

介绍一种基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机。电机采用单元电机组合式的结构型式。电枢无铁心、重量轻、噪声小、效率高。介绍了电机基本设计规则,并对其关键工艺进行研究,最后给出了样机的有关参数。

Halbach结构永磁电机优化设计

对自行设计的22.5 kW三相永磁Halbach电机进行研究,建立了其二维有限元模型,通过改变永磁体厚度和Halbach阵列的径向与切向磁体宽度配比,详细分析了其对电机空载及负载时的气隙磁密、反电势、转矩脉动等性能指标的影响,提出永磁电机的优化设计方案。

部分分段Halbach永磁同步电机优化设计

针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题,设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽。采用精确子域模型法,将求解域划分为永磁体、气隙、槽身和槽口四个区域,在二维极坐标下计算电机空载气隙磁通密度及齿槽转矩。建立10极12槽三维电机模型进行电磁仿真分析。结果表明,部分分段Halbach结构降低了永磁体涡流损耗、齿槽转矩及永磁体体积。同时,在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型,求得等效应力和总变形,确保部分分段结构永磁体的机械强度维持在允许范围内。

基于直线型Halbach结构的永磁电动悬浮系统的设计与实现

以永磁电动悬浮在航天磁悬浮助推、弹目交会实验等军事领域的实际应用为背景,基于直线型Halbach结构永磁电动悬浮技术设计了一个永磁电动悬浮实验平台,选择金属转盘作为永磁电动悬浮系统的轨道形式,并对直线型Halbach结构永磁体的几何形状进行了优化设计。最后,通过相关的静态特性实验测试,验证了永磁电动悬浮系统的基本特性,通过分析其与理论计算存在差异的原因,讨论了相应的补偿修正方法。另外,动态特性的测试得到了系统的欠阻尼特性。

转子结构参数对离散Halbach阵列磁场分布的影响

利用离散Halbach阵列磁场分布特点,合理选择电机转子结构参数对于发挥永磁体潜力、提高电机系统的整体性能至关重要。文中建立了离散Halbach阵列有限元分析模型,并以一台原理样机的空载电势为依据,验证了模型的正确性。基于该模型的计算结果,着重分析研究了每极磁体数、极对数和磁体厚度对转子轭部磁通、气隙磁密谐波和基波的影响,比较了每极磁体数m≥2与m=1(径向结构)磁性能的差异,并给出了每极磁体数、极对数和磁体厚度的合理取值范围,为设计离散Halbach永磁电机依据。

不等宽不等厚Halbach部分分段永磁同步电机电磁性能解析计算与优化分析

针对高功率密度的永磁同步电机电磁转矩波动和永磁体涡流损耗大的问题,提出一种Halbach部分分段结构,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽,并将其永磁体扩展为两种型式,即Hat型和T型。采用精确子域模型法,将求解域划分为槽身、槽口、气隙以及永磁体四个区域,在二维极坐标下计算电机负载气隙磁通密度分布和电磁转矩。建立10极12槽三维电机模型对Hat型、T型以及其他相关五种电机结构进行电磁仿真、分级优化以及对比分析,求出最优Hat型和T型结构。结果表明,Halbach部分分段结构可以降低永磁体涡流损耗、电磁转矩波动以及负载气隙磁通密度总谐波畸变率(THD),T型Halbach部分分段结构的电磁性能高于Hat型,而Hat型Halbach部分分段结构可以进一步减小永磁体体积,节约生产成本。同时,在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型,求得等效应力和总变形,确保Hat型和T型Halbach部分分段结构永磁体的机械强度都维持在允许范围内。

Halbach永磁伺服电机结构研究及优化设计

在分析Halbach电机结构及磁场特性的基础上,对三种Halbach结构永磁伺服电机性能进行了对比研究,并对极间隔断Halbach永磁伺服电机在气隙长度、磁体厚度、磁体块数、磁极配比对径向气隙磁场的影响进行研究,以找出结构尺寸对电机性能影响的一般规律。提出了两种新型Halbach电机改进结构,并对性能进行了仿真研究,最后确定了优化的Halbach电机结构。

基于Halbach结构的低场核磁共振主磁体的设计与实现

随着核磁共振不断向便携性和低成本方向发展,核磁共振仪中主磁体的小型化成为了大家关注的重点。为实现核磁共振的小型化,对基于Halbach结构的低场核磁共振主磁体进行了设计与实现。首先,利用ANSYS有限元仿真软件对采用多磁条特定排列形成的Halbach结构进行仿真,对磁条的数量、大小、长度、位置等参数进行调整;其次,根据仿真确定的理想模型参数,实现了主磁体,其为直径108 mm、高170 mm的圆柱体,重4.5 kg,并对其中心磁感应强度和均匀度进行了检测;最后,根据检测结果,设计了一种匀场片矩阵,采用被动匀场的方式将磁体中心5 mm直径球形区域内的均匀度提升至451.68 ppm,中心磁感应强度为221.4 mT。设计中,较好的权衡了磁体性能和生产成本。

转子Halbach多极环与表贴式对电机转矩分析比较

针对机器人关节轻量化、柔顺化的要求,研究了提高转矩密度的无框永磁力矩电机。首先设计了一台无框永磁同步电机,转子结构分别采用表贴式磁钢和Halbach结构,对表贴式磁钢的圆弧形状进行参数化仿真以减小电机齿槽转矩。其次建立了Halbach多极环的无槽定子解析模型,并用有限元验证了解析法的正确性。最后分别从转子磁轭厚度、气隙磁密、T-I曲线三方面比较两种转子结构的电机性能。样机实验结果证明与传统表贴式磁钢相比,采用Halbach结构多极环在额定0.5Nm时,转矩常数比表贴式大7.6%,在过载1.4Nm时,转矩常数比表贴式大21.6%。

Halbach结构的空心式直线同步牵引电机参数计算

针对新型中低速磁浮列车用Halbach结构的空心式直线同步牵引电机的电磁参数进行了解析计算。从三相空心绕组磁动势出发,推导出电枢反应电抗、定子漏抗、定子电阻及永磁励磁电动势的解析计算公式,建立了定子一相等效电路图,为牵引电机的控制及稳态性能分析奠定基础。

基于Halbach阵列的永磁电动悬浮仿真与性能影响因素分析

为了研究永磁电动悬浮中各参数对系统悬浮性能的影响,针对直线型Halbach永磁体阵列,基于电磁场理论分析,结合瞬态电磁场有限元模型,明确永磁体外部磁场的分布规律,之后分析了永磁电动悬浮系统的电磁特性与系统各参数的关系,最终提出了一种较优的永磁体结构方案。研究表明,永磁体阵列下部磁场呈近似正弦分布,电动悬浮系统低速时以磁阻力为主,高速时以悬浮力为主。轨道感应板厚度的选取是影响浮阻比的关键,当永磁体长宽高之比为1:1.2:0.8时,系统浮重比最大,浮阻比与永磁体长度近线性相关,因此,合理选择相关参数可有效提高系统悬浮性能。

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。

新型Halbach阵列永磁游标电机结构优化设计

为提高永磁游标电机(PMVM)的输出转矩,发挥Halbach永磁体阵列的聚磁优势,提出转子侧Halbach阵列永磁体游标电机。采用解析分析法和有限元法,对比分析PMVM和Halbach永磁体阵列A型结构永磁游标电机(HPMVMA),结果显示采用Halbach永磁体阵列后提高了电机的空载反电势和输出转矩,减少了永磁体用量,但也带来了电机转矩脉动的增加。因此,在HPMVMA调制齿之间加入永磁体,构成新型Halbach永磁体阵列B型结构永磁游标电机(HPMVMB),对HPMVMB进行了永磁体、调制齿、定子齿宽等结构参数的优化,经过运行性能和经济指标对比分析,结果表明,与HPMVMA相比,HPMVMB永磁体用量增加20%的情况下,永磁体利用率和电机转矩密度分别提高了40.8%和69.01%,而转矩脉动下降了11.74%。通过有限元仿真验证了电机理论的有效性,并为游标电机的设计与优化提供了一定思路。

基于Halbach阵列的车用可控磁通电机电磁分析

针对新能源汽车的电安全问题以及转矩安全问题,提出一种采用Halbach阵列变磁阻结构的可控磁通永磁电机。对电机空载特性、工作状态特性和安全特性进行了有限元仿真。仿真表明,电机能够满足车用电机的需求,并且能保证新能源汽车的电安全特性与转矩安全特性。

Halbach结构在永磁交流伺服电机中的应用

由正弦波电流驱动的永磁交流伺服电机,因其优良的性能被广泛应用于航空、航天、船舶和军工等领域。而独特的Halbach磁体阵列结构因其特有的充磁方式,具有磁场分布正弦性好、气隙磁密幅值高等优点。为进一步提升永磁交流伺服电机的性能,给出了两类Halbach磁体磁感应强度解析式,分析了Halbach结构在永磁交流伺服电机中的应用及该结构电磁特点,并通过有限元仿真对比研究了平行充磁Halbach结构、径向充磁Halbach结构、常规平行充磁结构与常规径向充磁结构电机的气隙磁场与输出转矩。最后通过搭建实验测试平台验证了仿真的准确性。