多目标算法分层优化策略在开关磁阻电机中的应用

针对电机多参数多目标协同优化较为复杂的问题,提出了基于非支配排序遗传算法分层迭代优化的思想。首先,介绍定子分段混合励磁开关磁阻电机的设计流程和工作原理。其次,选择电机的待优化参数和优化目标,并引入Pearson相关系数分析电机参数与优化目标的相关性,根据相关性结果对待优化参数进行分层;建立各层优化参数与优化目标的非线性模型,将非线性目标模型引入多目标优化算法。最终,在Pareto前沿中选取最优个体,完成对电机结构参数和控制参数的分层迭代优化,确定电机的最优结构参数和控制参数,并通过有限元分析软件进行验证。相比较于初始模型,优化后电机的效率略有提高,平均转矩增加12.44%,转矩脉动减小64.96%。根据最优参数制造出实验样机,实验结果验证了优化设计的有效性和优越性。

直线电机分段供电协同控制策略

针对多个变流器交替为长定子直线电机多个定子段分段供电存在的问题,该文提出一种电流协同控制策略来减小推力波动。首先,优化电机电路连接拓扑,将由同一变流器供电的定子段的中性点连接在一起,采用电流过零开通的切换策略,使得电流由一个定子段切换至另一个定子段的过程中,变流器的电流连续无畸变。然后,建立电机单个定子段(简称单元电机)的电压和推力方程。根据单元电机的状态方程,得出2个单元电机的电流之和、电流之差对应的状态方程及推力表达式,设计相应的电流协同控制器。通过2个单元电机的电流之和来控制系统输出推力、2个单元电机的电流之差来控制推力波动。该电流控制策略减少了动子过分段时产生的推力波动,实现推力与电流偏差导致的推力波动之间的解耦控制。仿真和实验结果验证了所提电流协同控制策略的有效性。

有取向硅钢片开关磁阻电机研究

开关磁阻电机结构简单、可靠性高,已在一些驱动场合得到应用,但为获得更大转矩和开关磁阻电机的双凸极结构,使开关磁阻电机铁芯磁密较为饱和。为提高开关磁阻电机定子磁极抗饱和能力,降低励磁电流,结合开关磁阻电机磁路特点,提出有取向硅钢拼块式定子铁芯结构,利用有取向硅钢材料优异的导磁性能,缓解定子磁极饱和情况,仿真结果表明,有取向硅钢片开关磁阻电机可以降低定子磁极饱和程度、降低励磁电流、减小转矩脉动。

无磁轭轴向磁通风力发电机多目标偏好优化设计

为了实现小型风力发电机的高性能及微风启动,将3D打印赛钢塑料与混合Halbach阵列、模块化弹性定子铁心结合,提出一种无磁轭模块化轴向磁通风力发电机。根据设计要求,分析不同材料的重量,确定了电机的初步方案。在目标约束的基础上,以感应电动势波形畸变率为主要偏好,感应电动势、齿槽转矩为次要偏好进行优化设计。采用了改进的多目标遗传优化算法及响应面法对电机进行了多目标偏好优化,并与无偏好的优化结果对比,体现了偏好优化的优势。最后,通过有限元仿真及样机实验验证该电机性能。

一种超声电机分片式定子粘接工艺

针对大尺寸超声电机定子粘接难度大的问题,设计了一种分片式定子粘接的工艺方法。通过设计一个聚四氟乙烯定位环,将分片式压电材料拼接成环形的压电材料粘接到弹性体上。与传统的环片式粘接工艺相比较,分片式粘接工艺解决了大尺寸超声电机的粘接难度和大尺寸压电材料的制作与加工难度。同时对分片式压电材料进行分类组合,可以减小超声电机的两相静态电容差,提高超声电机的输出性能。

新型分段定子开关磁阻电机转矩增强和径向力减小的分析研究

开关磁阻电机由于结构简单和启动转矩大等优点应用于许多领域,然而与永磁电机相比,其表现出较低的密度转矩和较大的振动噪声。文中提出一种新型分段定子开关磁阻电机,并在每个定子块两侧增设永磁体,构成分段定子混合励磁开关磁阻电机。首先介绍了拓扑结构和原理,磁路等效法证明了永磁体对气隙磁通加强作用,同时通过有限元仿真得出永磁体对转矩密度的影响并得出优化永磁体厚度。其次建立外转子齿顶开槽模型分析径向力减小的原理,同时对不同槽口宽度和深度模型仿真分析,得到优化尺寸。最后仿真表明,分段定子混合励磁开关磁阻电机的平均转矩提高了34.2%,转矩脉动下降了19.3%,定转子重叠区间的径向力波降低了12.5%,有效降低了径向力,改善了振动噪声。

水电站发电机定子技改优化分析

定子是发电机的核心部件,直接影响发电机组的安全稳定运行。大型水轮发电机定子多采用分瓣结构,但是分瓣面的存在会给机组带来安全隐患,造成定子铁芯局部过热或表面烧伤事故。现提出相应的技改优化方案,方案基于有限元分析,优化了定子铁芯各部结构,防止铁芯松动隐患;基于CFD流场分析,优化通风结构,确保产生足够的风量带走定子损耗;并且采用优良工艺,改善定子铁芯叠片缺陷,对定子线棒绝缘老化、防晕、电接头过热等问题进行优化。

分块开关磁阻电机的研究现状及其新结构构想

分块开关磁阻电机通过分块的定子或转子结构,可获得较短的磁路以减小铁心损耗,圆柱形的转子可缩减风(油)阻,结构和电磁的隔离能增强电机可靠性及容错性。本文对现有的各型分块开关磁阻电机的结构和磁路进行了解析,在此基础上,提出了双极性励磁分块转子开关磁阻电机、环状绕组分块转子开关磁阻电机、C形分块定子开关磁阻电机、E形分块定子开关磁阻电机和混合气隙分块定子开关磁阻电机五种新型结构的分块开关磁阻电机,结合结构示意图和磁路图对其基本工作原理分别进行了阐述,并根据其结构特点和电磁特性分析了其优劣性及可能的应用场合,以期为分块开关磁阻电机的进一步研究与应用提供参考。

一种基于分段定子的直线永磁磁通切换电机结构及其优化方法

直线永磁磁通切换(LFSPM)电机动子结构简单,功率密度高,以其电枢绕组和永磁体都在动子的结构特点,特别适合长定子应用场合来降低成本。研究了一种分段定子结构的LFSPM电机,其结构的主要特点是可以减小电机的齿槽力,同时兼顾绕组基波幅值并减小绕组的谐波含量。在分析了电机齿槽力和线圈磁链与分段定子错位位移之间的关系后,根据不同电机结构优化选择了合适的错位位移。最后,利用ANSYS有限元分析对采用所提出的分段定子结构的2台LFSPM电机进行仿真验证,仿真结果证明了2台电机所选错位位移合理有效,所研究电机的齿槽力相对较小,相绕组磁链波形较正弦。

E形分块定子开关磁阻电机的电磁设计

E形分块定子SRM各定子块间磁路隔离,容错能力强,具有重要的应用价值。本文将E形分块定子SRM各个独立的定子块作为单元,推导了E形分块定子SRM主体尺寸的计算公式,探析并建立了绕组匝数及其他主要尺寸的选取规则,完成了E形分块转子SRM的电磁计算,并通过磁路和电路的耦合计算对E形分块定子SRM的稳态电流及转矩等性能进行了仿真分析,仿真结果验证了E形分块定子SRM电磁设计方法的有效性。

基于三维有限元的E形分块定子开关磁阻电机的电感计算

基于棱边有限元法建立了E形分块定子SRM的三维有限元模型,计算了E形分块定子SRM绕组自感,以及相内线圈互感和相间绕组互感,并与普通SRM进行了对比分析。由仿真结果可知,对于三相6/4结构E形分块定子SRM相内线圈互感相对线圈的自感小于1%,相邻定子块上两线圈的互感最大值在0°转子位置角,相对线圈的自感比重在4.6%内。对比普通SRM,E形分块定子SRM线圈互感非常小,表明各个定子齿块间的磁路隔离性强。

定子冲片半自动冲裁工序实施及改进

该文结合企业生产实际情况，分析了定子冲片原冲裁工序的缺点及存在的隐患，从节约成本的角度出发，减少下料剪板工序，采用收卷反送连续生产方案。通过改进工艺流程，降低了材料消耗，节约人工，减少劳动强度，提高了生产效率。工艺改进得到公司认可，收到实际效益，有一定应用价值。

定子无铁心轴向磁场永磁电机永磁体涡流损耗研究

为解决定子无铁心轴向磁场永磁电机(无铁心AFPM)温度过高导致电机运行性能降低的问题,针对电机永磁体进行了深入研究。利用MAXWELL三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,仿真电机在三相正弦电流源驱动下永磁体电磁分布,计算平均涡流损耗。采用对永磁体分块及加屏蔽层的方式减小涡流损耗;在对永磁体分块时,做不同方向的分割,并进行仿真,分析对比并得出横向分割为3块效果最佳;在利用电磁屏蔽原理减小涡流损耗时,先对可靠性进行验证,后利用MATLAB曲线拟合得出屏蔽层厚度的最优值。

中速磁悬浮列车分段式长定子永磁直线同步电机牵引控制策略

采用分段式长定子永磁直线同步电机牵引的中速磁悬浮列车在定子段换步时,相邻定子段绕组交链的永磁磁链的改变会导致牵引力损失,除此以外,在牵引过程中,馈电电缆长度的增加使得电机漏阻抗增大,在变流器供电容量的限制下,列车无法在试验线中完成全速度运行。该文首先建立含有定子段换步的长定子永磁直线同步电机数学模型,在此基础上,提出全速度运行的换步控制策略,以及适用于该电机的弱磁控制策略。该策略对q轴电流实时分配,保证在换步区间相邻定子段的q轴电流均跟随参考值;利用电机端电压计算得到d轴电流参考值,使电机在id=0控制和弱磁控制两种工况之间平滑切换。通过硬件在环实验,验证了采用所提策略可在线路长度和变流器容量限制下,实现列车全速度运行,并消除电机在定子段换步时的牵引力损失。

液力变矩器导轮内外环剖面轮廓线的自动分段圆弧逼近

对液力变矩器导轮内外环剖面轮廓线的逼近问题进行研究,提出了一种基于误差控制、自动分段的多段圆弧逼近方法。根据导轮内外环剖面轮廓线方程,用数值方法计算出离散点坐标;用三点构造圆弧的方法近似求得内外环剖面轮廓线的曲率半径;以极角为自变量确定曲率半径的变化规律;用给定允许误差控制逼近圆弧的段数;用等差数列确定各个逼近圆弧的半径;利用线性插值公式和非开平方计算方法对圆弧参数进行推演计算;最后进行实际逼近误差的计算。采用面向对象的设计方法开发了参数化程序。用该程序可以完成全部计算,生成自动绘制导轮模型旋转体的AutoLisp程序,输出旋转体剖切曲面的点云数据,还可以输出数值模拟后处理编程的数据。研究结果表明,该方法是可行的,可以大大减少建模时间,具有工程使用价值。

核电机组注入式定子接地保护若干问题探讨

针对大型核电机组注入式定子接地保护在现场应用中的问题,提出了单双接地点切换的注入式接地电阻计算模型和分段相角补偿的方法,满足了大型核电机组定子接地保护的需要。实际工程应用表明,单双接地点切换和分段相角补偿可以大幅提高核电机组注入式定子接地保护的接地电阻计算精度。针对现有注入式定子接地保护回路断线判别逻辑以及特殊故障情况下保护的动作行为,进行了分析并给出了相应的建议。

定子拼装式永磁同步电机齿槽转矩研究

为了提高功率密度和简化制造工艺,特别是定子绕线工艺,拼装式定子越来越多地应用于永磁同步电机中。然而,定子的拼装部位都存在一定的缝隙,该缝隙对电机性能如齿槽转矩、转矩脉动等产生一定的影响。本文以一台12极18槽表贴式永磁同步电机为例,采用解析法与有限元法相结合的方式研究拼装式定子在轭部的拼接形状对齿槽转矩的影响,找出相对较优的拼接形状,可为定子拼装式永磁同步电机的设计提供参考。

CT直驱电机电磁设计及有限元分析

先进的医疗CT采用永磁电机直驱结构,提高了系统的响应速度和传动效率,但也对电机本体的振动噪声水平和大型定子加工装配技术提出更高的要求。本文首先根据医疗CT的使用工况计算了直驱电机的设计指标,从降低转矩脉动、电磁力波的角度,选择了合理的极槽配合,完成电机的基本电磁设计。此外,考虑大型定子的装配问题,在整圈定子基础上设计了分段定子方案,最后,通过有限元分析证明了设计的合理性,并从转矩脉动、损耗等方面对整圈定子和分段定子进行比较。

不同转子极数下磁场解耦型双定子开关磁阻电机的研究

开关磁阻电机具有可靠性高、成本较低、高效平台较宽等优点,但其转矩脉动大、功率密度低的固有缺点严重限制了其在电动汽车领域的应用推广。为了解决上述问题,该文提出一种磁场解耦型双定子开关磁阻电机新结构,内外定子均采用U型分块结构,通过优化内外定子磁场的极性分布,使内外定子磁场解耦;在此基础上,通过转子内外齿错开一定机械角度降低转矩脉动。首先介绍新型电机的工作原理及其设计方法;然后综合比较两种不同转子极数下的静、动态运行性能;最后试制一台4相16/18/16结构的样机,通过实验验证其工作原理的实际可行性和两种电机性能比较的正确性,为新型电机在电动汽车驱动系统领域的推广应用奠定一定的理论基础。

四相8/6结构分块定、转子开关磁阻电机性能分析

针对四相8/6结构分块转子开关磁阻电机单极性励磁时的定子磁通冲突问题,提出了分块定、转子开关磁阻电机,基于场路耦合方法建立分块定、转子开关磁阻电机的2D有限元模型,计算了分块定、转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗特性,并采用双频法分离电机铁损得到涡流损耗和磁滞损耗。有限元分析结果表明,与普通开关磁阻电机相比,8/6结构分块定、转子开关磁阻电机铜耗减小约34%,铁耗减小约28%。