永磁丝杠推力及其影响因素研究

针对永磁丝杠的丝杠和螺母之间不存在机械接触,两者依靠永磁体磁场的耦合实现丝杠旋转运动与螺母直线运动之间的运动变换等问题,对永磁丝杠的传动原理、传动比及推力进行理论分析,推导出传动比和推力与磁极节距、磁极对数、磁极宽度及丝杠直径等结构参数之间的关系式,提出磁极宽度、磁极对数和丝杠直径3者的约束条件。通过有限元仿真,对磁极节距、气隙长度、磁极厚度及轭铁厚度等因素对推力的影响进行研究。结果表明,气隙长度对推力的影响最大,且随着气隙长度增大,推力近乎线性减小。推力随磁极节增大以近似抛物线的关系变化,且在磁极节距8 mm时推力达到最大值。丝杠和螺母的磁极厚度变化对推力的影响基本相同,即磁极厚度越大推力越大;但在磁极厚度≤5 mm时推力变化较快,当磁极厚度超过5 mm后推力变化趋于平缓。丝杠和螺母轭铁厚度的变化对推力没有影响。     

多维齿槽转矩优化方法在永磁电机中的应用研究

分别采用改变定子齿的形状、调整极弧系数以及磁极偏移的方法来削弱永磁电机的齿槽转矩,并将这3种方法相结合使齿槽转矩进一步优化。通过建立永磁电机的有限元模型,对提出的齿槽转矩抑制方法进行理论分析与有限元验证,并对采用磁极偏移法减小齿槽转矩进行了实验验证。结果表明:改变定子齿的形状、最优极弧系数法和磁极偏移法均有效减小齿槽转矩;而采用三者相结合的方法后,永磁电机的齿槽转矩更是得到极大减小;磁极偏移法的有限元仿真结果和实验果基本吻合,验证了该方法对减小齿槽转矩的有效性。     

水轮发电机励磁绕组匝间短路转子温度场计算

转子绕组匝间短路是水轮发电机中一种常见的故障,该故障会对转子磁极温度的分布产生影响。以三峡水轮发电机为例,基于传热学理论建立转子磁极三维计算模型,并采用有限元方法对温度场进行求解,得到在励磁绕组匝间短路情况下的磁极温度场。在此基础上,研究了匝间短路位置变化、短路匝数变化以及冷却风参数改变对磁极温度场的影响。通过计算分析得出磁极中部励磁绕组短路对磁极高温区域影响较大等有意义的结论。成果为之后匝间短路应力和短路恶化的研究奠定了基础,也为电机设计者以及相关研究工作提供了一定的参考。     

三相异步电动机调速机械特性仿真分析

以三相异步电机调速原理为基础,为获取电机机械调速特性曲线,运用Matlab M语言编程实现改变频率及改变转差率获取异步调速机械特性曲线的仿真分析。通过实例仿真结果表明程序实现简单,通用性强,参数易修改,图形方便直观,可以为三相异步电机调速设计、实验及其应用提供理论指导。     

永磁磁阻电机不同结构下的电磁性能对比分析

传统内转子永磁电机功率密度大、效率高、应用广泛,但存在着调速范围和过载能力相对有限、电机散热较差、永磁体易退磁等缺点,限制了其应用范围.为此,将永磁同步双转子电机中的内转子替换为同步磁阻转子,对原始电机正弦性较差的外气隙磁通密度、内外转矩分别进行了改进,将传统磁极变为Halbach磁极,对8分段的Halbach磁极阵列进行了结构优化,通过傅里叶分析比较了几种不同结构的气隙磁通密度谐波含量,利用参数化扫描,给出了最佳倒圆角半径,此结构也提高了外转矩.将同步磁阻转子改为永磁辅助式同步磁阻转子,对比分析了永磁体在不同放置方式下的内转矩大小,并分别给出了其磁链和电压方程,结果证明这种结构下的内转矩有较大提高.     

电动车用永磁同步电机转子结构对弱磁调速性能分析

针对电动汽车驱动电机既要满足低速区大转矩输出,同时又要满足高速恒功率区宽弱磁调速范围的特殊要求,提出采用具有铁桥分段的V型永磁同步电动机作为驱动电机。通过分析对比不同转子磁路结构对电机主要运行特性参数的影响表明:同时采用非均匀气隙、V型铁桥分段永磁体、改变相邻磁极间距,不仅有利于改善空载气隙磁密波形,而且也满足增加电机恒功率区弱磁扩速范围和低速区大转矩输出的要求。并采用这种结构设计了20 kW电动汽车驱动用内置式永磁同步电机,结合有限元对电机主要性能进行了电磁计算。     

2 cm ECRIT联结磁场对羽流中和的影响

电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster, ECRIT)外部联结磁场是影响羽流中和过程以及中和器耦合电压的因素之一。联结磁场随离子源和中和器安装方位及其内部磁极方向的不同而不同，计算联结磁场分布规律、实验研究磁场对羽流中和的影响是非常重要的工作。针对离子源的2个功率和2个流量，加速电压350～1 450 V内，开展中和实验，研究离子源与中和器磁极方向和位置关系的变化对离子束流引出和最高耦合电压大小的影响规律。结果表明，离子束流引出不受磁极方向和离子源与中和器安装方位的影响。离子源与中和器相对垂直安装时能降低中和器耦合电压，同时通过改变中和器磁极方向使其与离子源磁极方向相反也能降低中和器耦合电压。当离子源与中和器磁极方向相反且垂直安装时，中和器耦合电压最低。     

新型磁流体密封圈的特性分析

磁流体密封技术是近年来发展起来的一项新技术,利用磁流体作为密封介质设计了新型径向磁极磁流体密封圈,介绍了该密封圈的结构及工作原理;给出了耐压能力的数学模型,并通过密封间隙中磁场的有限元分析及磁流体流场的分析,对该密封圈进行了特性分析;给出了密封压力与密封圈磁极长度、磁极宽度和密封间隙三个设计参数之间的变化关系,并给出了新型径向磁极密封圈和轴向磁极密封圈的设计比较,分析结果表明,所设计径向磁极磁流体密封圈的耐压能力随磁极长度增加先增大后减小,随磁极宽度增大而增大,随密封间隙增大而减小,除具有目前普遍采用的轴向磁极磁流体密封圈的优点外,还具有比轴向磁极密封圈尺寸大小、结构简单的特点。     

基于半斜环永磁体的永磁丝杠研究

为解决永磁丝杠中螺旋磁极的制造难题,提出用半斜环磁极组合结构替代螺旋磁极的技术方案。应用有限元仿真技术,对永磁丝杠中的丝杠和螺母均采用螺旋磁极(G1)、分别采用螺旋磁极和斜环磁极(G2)、均采用半斜环磁极(G3)3种磁极结构方案的静特性进行了分析,从最大推力和最大转矩看,方案G2的数值略大于方案G1的50%,分别为G1数值的57.7%和53.9%,方案G3的数值则仅比方案G1的分别小4%和0.6%,证明了半斜环磁极组合结构方案与螺旋磁极的传动能力几乎相同。为了描述半斜环磁极极宽与节距的关系,提出了极距比的概念,并对极距比K=0~0.7时的半斜环组合磁极丝杠的静特性进行了仿真研究,结果表明,当K=0.3时,单位体积磁极产生的推力和转矩最大。为了提高磁能利用率,进行丝杠设计时应取K=0.3。     

电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟

采用数值模拟方法研究了电磁参数（上、下磁极间距和线圈电流强度）对结晶器内流场和钢/渣界面波动行为的影响。结果表明,全幅两段式电磁制动结晶器内上部磁极和下部磁极覆盖区域磁感应强度会相互影响,上部（下部）磁极线圈电流强度的增加,会导致对应的下部磁极（上部磁极）覆盖区域内磁感应强度增加;施加全幅两段式电磁制动可以显著抑制结晶器内钢液流速和稳定弯月面波动;当上、下磁极间距增大时,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度增大,钢/渣界面处湍动能和钢液流速增大;随着上部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度基本不变,钢/渣界面处钢液流速和湍动能减小;随着下部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度略微减小,钢/渣界面处流速和湍动能减小。     

Electromagnetism Principle of the Coarse-Exact Coupling Variable- Reluctance Resolver

粗精耦合磁阻式旋变电磁机理研究

尚静,王昊,刘雪缘,赵猛

（哈尔滨工业大学 电子工程系,哈尔滨 150001）

创新点说明：

1）提出一种新型原理与结构粗精耦合共磁路磁阻式旋转变压器;该种旋变转子惯量小,适于快速响应伺服系统作为位置闭环传感器;

2）提出了集中式正弦分布绕组构成原则,该原则可以减少设计周期,提高设计精度;

3）基于三维有限元法对该种旋变的感应电势进行分析计算,并通过谐波分析进行优化设计。

研究目的：

为揭示该种旋变本质规律以及磁阻变化基本原理,并给出求解或优化设计该种旋变的方式和方法,同时针对提高精度给出一种绕组设计指导思想和高精度正弦绕组解决方案。

研究方法：

采用制作样机并进行零位误差、函数误差测试的实验方法,对该种旋变进行误差分析。采用高精度分度头、函数桥等高精度角度测试装置,对旋变精度进行测试。同时用Ansoft 磁场分析软件对该种结构旋变的三维磁场进行分析仿真计算,以验证解析计算的准确性。

结果：

（1）经过制造样机并进行实验验证,得到粗机和精机的零位误差和函数误差曲线,满足设计要求;

（2） 经过有限元仿真得到反电势曲线正弦性满足理论解析推导,并且粗机精机反电势完全解耦。证明了该种旋变基本原理的正确性。

结论：

（1）解析法推导揭示了该种旋变原理的正确性;

（2）通过有限元分析了解析推导的正确性;

（3）用实验方法进行零位误差等实验研究,验证了原理的正确性和旋变精度的可靠性。

关键词：粗精耦合;三维有限元分析;磁阻式旋变;正弦集中绕组

     

削弱永磁风力发电机电势谐波的极宽调制方法

为削弱永磁风力发电机电势谐波的影响,提出一种极宽调制方法,通过优化发电机结构,提高气隙磁场的正弦化程度来改善发电机电势波形的质量.用ANSOFT软件分别对传统贴面式永磁发电机和新型极宽调制式永磁发电机进行有限元分析,研制了两种转子结构的永磁风力发电机样机,并构建电势波形检测系统进行实验研究.通过实验分析表明,有限元分析结果与样机实验结果一致,极宽调制永磁风力发电机能明显削弱电势谐波,从而证明了利用极宽调制方法削弱永磁风力发电机电势谐波是有效和可行的.     

极宽调制式永磁电机削弱齿槽转矩分析与实验

由于齿槽转矩的存在会使电机产生转矩振荡和噪声,根据齿槽转矩的产生机理,对比现阶段抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制式永磁电机在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元电磁场分析软件Ansoft对传统表面式永磁电机和极宽调制式永磁电机进行模拟仿真,计算两种结构永磁电机的齿槽转矩,并设计构建一个由角度传感器、永磁电机、扭矩扳手等器件组成的齿槽转矩测试系统,并对两种不同结构样机的齿槽转矩进行实验.实验结果与Ansoft仿真结果具有一致性,证明了极宽调制式电机降低永磁电机齿槽转矩方法的正确性,极宽调制方法也是削弱齿槽转矩的有效方法.     

单片机控制的新型截波大功率电机调速系统

介绍了一种新型的大功率电机调速 (降速 )单片机控制系统。该系统使用最简单的单片机系统来控制三相交流电 ,截去部分波形 ,从而改变频率 ,达到调速的目的 ,且结构简单 ,成本低廉     

高级机构速度分析的图解法

本文介绍高级机构速度分析的图解法，主要有对心四边形瞬心法、瞬心－极速度多边形法和瞬心－转向速度法。     

立方晶系(001)面极射赤道平面投影图的计算机实现

在以晶体为主的材料加工过程中,极射赤道平面投影图是非常重要的辅助工具.为了改变手工绘制极图的现状,分析了极图的数学过程,提出了用计算机绘制立方晶系(001)面极图的理论和方法,并获得了用计算机绘制的准确的极图,此工作具有一定创新性.     

基于STM32和LABVIEW的电机磁环极对数检测系统设计

采用STM32F101T6处理器作为电机内部霍尔传感器信号的数据采集及处理,检测电机内霍尔元件及周边电子元件的状况,将处理后数据通过串行接口发送到计算机上显示,并与事先设置的电机磁环极对数参数进行比对,实现电机磁环极对数检错.系统软件采用LABVIEW开发,以文字及图形方式显示电机内部霍尔传感器发出的方波信号的频率、占空比、幅值,同时具备记录保存损坏的产品数据.系统可用于空调整机电机在线检测.     

基于航空器位置-速度矢量关系的短期冲突检测算法

为了解决高密度飞行环境下航空器对的短期冲突虚警问题,研究了航空器当前位置和速度矢量的相互关系,证明了只有位置差与速度差矢量内积小于零的航迹对才具有潜在冲突,并根据安全飞行间隔规定,采用线性预测方法对其进行冲突有效性确认,实现快速有效的短期冲突检测.通过模拟试验下的监视雷达数据,验证了本文算法的有效和准确性,相对于其他算法,本算法快速准确地实现了高密度飞行情况下潜在短期冲突航空器对的检测,并解决了当航空器背向飞行时不再进行告警的问题,减少了地面管制人员的工作量.     

分相极幅调制变极双速三相异步电动机

本文介绍分相极幅调制变极双速三相异步电动机的工作原理与绕组联接。与反相极幅调制变极的方法相比,它的基波分布系数大,谐波磁势小。因此它提高了绕组材料的利用率并改善了电动机性能。