利用端部漏磁的磁场调制式永磁齿轮

端部漏磁广泛存在与磁场调制式永磁齿轮,在无法消除端部漏磁的情况下,尝试对其进行利用,通过增加端部调磁环可以很好地利用端部漏磁。首先用有限元法对传统结构进行了研究并证实端部漏磁确实存在,其次用"假设-验证"的方法设计了端部调磁环,并对其进行了优化,优化过程同样采用有限元法。与传统结构比较后发现,增加了端部调磁环的新型磁齿轮可以在不增加永磁体用量的条件下有效地提高磁齿轮能够传递的最大转矩,最终方案转矩传递平稳可靠,传动比稳定。     

磁场调制型磁齿轮端部漏磁屏蔽及其试验验证

为降低磁场调制型磁齿轮涡流损耗提高其传动效率,本文提出了一种磁齿轮端部漏磁屏蔽方法,即在磁齿轮内、外磁环的轴向端部安装封闭的硅钢片磁屏蔽环,从而改变磁齿轮端部磁场分布,降低端部周围金属构件产生的涡流损耗。首先建立磁齿轮三维有限元模型,通过研究端部漏磁对磁齿轮转矩的影响确定轴向长度设计值。计算验证结果显示采用该磁屏蔽方法后磁齿轮端部漏磁明显减少。最后通过试验测试发现端部漏磁引起损耗占磁齿轮整体损耗主要部分,验证了该屏蔽方法可以有效减少端部漏磁,提高磁齿轮传动效率。为提高磁齿轮传动性能提供了一种新的思路。     

转子分段移位斜极的永磁同步电机轴向电磁力分析

永磁体转子分段移位斜极有效抑制了电机的齿槽效应,也可能产生额外的不平衡轴向电磁力,永磁体转子分段移位斜极方法已成为研发高品质永磁同步电机的关键技术。基于轴向电磁力的解析式,解析了永磁同步电机轴向电磁力产生的机理。以一台48槽8极永磁同步电机为例,进行永磁同步电机轴向电磁力的三维有限元仿真实验与抑制技术研究,结果表明,永磁同步电机轴向电磁力主要由绕组端部漏磁和转子永磁体移位斜极漏磁引起,且后者占主要部分;转子线性移位斜极分段数的增多,可减小谐波磁场影响,但移位斜极漏磁随之增大,导致轴向电磁力增大;相同移位斜极分段数的不同拓扑结构,其轴向电磁力幅值差异较大,反对称结构的轴向电磁力由于沿轴向中心面反对称分布,可有效抑制轴向电磁力,其中V形反对称结构效果最佳。     

新型永磁调磁式磁齿轮的设计与优化

为了提高磁齿轮的输出转矩和运行转速、减小永磁体的涡流损耗,提出一种新型永磁调磁式磁齿轮,分析其工作原理和转矩特性,结果表明相比较传统的磁齿轮,新型永磁调磁式磁齿轮具有传动效率高、转矩密度高、可高速传动的优点。在此基础上,为了获得新型磁齿轮的最优结构参数,以提升输出转矩和减小齿槽转矩为优化目标,提出一种基于参数敏感性和响应面法相结合的多目标优化方法,对新型磁齿轮的永磁调磁块、外转子及内转子永磁体等结构参数进行优化设计,利用有限元法分析优化前后新型磁齿轮的电磁性能,表明多目标优化方法可进一步提升新型磁齿轮的输出性能,为其应用和优化设计奠定了基础。     

应用新型Halbach阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机性能分析

本文针对定子为印刷线路板（printed circuit board,PCB）结构的轴向磁通永磁电机的特点,将一种新型的Halbach永磁体阵列应用于该永磁电机中,并对其性能参数进行分析。通过与传统Halbach永磁体阵列的无铁心轴向磁通永磁电机相比可知:应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机在相同尺寸及同等永磁体用量条件下,具有更高的气隙磁密及每极磁通,可获得更高的空载反电势,同时有效地降低了漏磁,使得气隙磁密更接近正弦波,电机的整体性能得到了提升。有限元分析结果和样机的对比试验证明了应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机的合理性和有效性。为PCB定子轴向磁通永磁电机的设计提供一定的参考。     

一种Halbach磁体结构同心磁力齿轮传动装置的设计和实现

提出了一种使用Halbach磁体结构产生磁场,并对磁场进行调制的同心磁力齿轮传动装置。该传动装置由机壳、安装在机壳内腔的悬臂式的外转子和内转予组成。内、外转子永磁体之间有调磁环。调磁环由铁心块组成,并固定在机壳的端板上。磁体结构采用Halbach阵列,得到的气隙磁密接近正弦分布。对样机测试后表明,该装置取得了较好的正弦磁场分布、稳定的转速比值和较高的传动效率。     

一种Halbach磁体结构同心磁力齿轮传动装置的设计和实现

提出了一种使用Halbach磁体结构产生磁场,并对磁场进行调制的同心磁力齿轮传动装置。该传动装置由机壳、安装在机壳内腔的悬臂式的外转子和内转子组成。内、外转子永磁体之间有调磁环。调磁环由铁心块组成,并固定在机壳的端板上。磁体结构采用Halbach阵列,得到的气隙磁密接近正弦分布。对样机测试后表明,该装置取得了较好的正弦磁场分布、稳定的转速比值和较高的传动效率。     

基于解析模型的多气隙永磁偏置轴向磁轴承电磁优化设计

提出了一种多气隙的永磁偏置轴向磁轴承,分析了包含有永磁体边界的气隙区域的边界磁位函数条件,采用拉普拉斯方程求解了永磁体所产生的漏磁磁场,进而建立了轴向磁轴承的解析分析模型。分析了轴向磁轴承的电磁力需求,对永磁与电励磁比例选择进行了研究,并利用解析模型对轴向磁轴承的主要参数进行了优化设计。建立了轴向磁轴承的三维有限元分析模型,验证了电磁设计工作的正确性。     

背绕式定子绕组高速永磁电机三维端部区域电磁场分析与计算

以一台117kW、60000r/min背绕式定子绕组的高速永磁同步发电机为例,建立电机三维电磁场全域数学模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件;采用有限元法,计算了电机空载及额定负载状态下端部区域的磁密分布,并与部分实测数据进行了对比。同时,以气隙磁密为主要研究对象,定量分析气隙磁密在端部区域的变化情况,然后对发电机端面附近区域的转子护套、气隙、定子齿顶及定子轭部磁密径向分量和轴向分量进行分析,给出了磁密径向分量和轴向分量沿电机轴向的变化曲线。最后,对高速永磁同步发电机不同转速下背绕式定子绕组端部漏磁场进行计算,研究端部漏磁随转速的变化关系。得到了一些有益的结论,为深入研究高速永磁电机提供了理论依据。     

新型磁通切换电机原理和特性分析

提出了一种内嵌有径向充磁永磁体的新型磁通切换电机,分析了径向充磁永磁体对电机的影响,并对电机的工作原理进行了分析。建立了12/10极磁通切换电机的有限元模型,对电机的静态特性进行了研究,包括气隙磁密、磁链、反电动势和电感等特性。计算结果表明,内嵌有径向充磁永磁体的磁通切换电机可以有效减小定子轭部的漏磁,增强永磁材料的利用率;同时新拓扑结构的磁通切换电机的绕组具有一致性和互补性。     

一种基于磁阻网络分析的同轴磁场调制式磁齿轮优化方法

为简化同轴磁场调制式磁齿轮的等效磁网络计算模型,在不影响计算精度的前提下,减少仿真时间。基于线性前提,提出一种磁齿轮简化等效磁网络模型。通过对比该模型与有限元模型所得到的气隙磁密以及转矩波形,验证了该磁网络模型的准确性。文章最后基于该简化磁阻网络模型,以平均转矩为优化目标,在一定范围内对磁齿轮的永磁体和调磁环极块圆心角同时进行了优化,并且最终得到了最大平均转矩的参数组合。     

双磁场调制磁齿轮转矩能力增强特性分析

磁齿轮能够实现低速大转矩输出。为了进一步提高同轴磁齿轮的输出能力,提出一种双磁场调制磁齿轮拓扑结构。双磁场调制磁齿轮将传统的表贴式同轴磁齿轮低速转子侧的转子轭用辅助调磁环代替,结构上包含2个转子,2个调磁环和3层气隙。分析双磁场调制磁齿轮的工作原理,采用有限元法,对新增调磁环的尺寸进行了优化。对比分析双磁场调制磁齿轮和传统表贴式同轴磁齿轮的磁场分布和传动转矩。不同传动比下,双磁场调制磁齿轮的转矩能力普遍高于传统表贴式同轴磁齿轮。当传动比为7.5时,双磁场调制磁齿轮的低速转子最大输出转矩达到70.81N·m,与相同尺寸的传统表贴式同轴磁齿轮相比,转矩能力提升了54%。稳定运行时,双磁场调制磁齿轮的低速转子转矩脉动有所增大。     

一种飞轮储能系统用被动磁轴承组设计与分析

介绍了一种用于飞轮储能系统的磁轴承组,该磁轴承组由永磁轴承(PMB)和超导磁轴承(SMB)组成。基于Halbach阵列的永磁轴承设计了一种具有Nd-Fe-B磁环和后轭的PMB的新结构,并与现有结构进行了比较。利用有限元法(FEM)比较2种不同的PMB配置,在2个SMB拓扑的零场冷却(ZFC)和现场冷却(FC)过程中测量径向力和轴向力。对测量结果进行了研究分析,结果表明:轴向磁环充磁的新型拓扑结构的悬浮力大、径向恢复力高,尤其适合飞轮储能样机,因此所提出的新结构对飞轮储能系统用磁轴承新结构的设计提出具有重要指导意义。     

永磁记忆电机调磁控制系统的设计及实验测试

基于永磁材料磁滞特性，研制了一套适用于永磁记忆电机的永磁体调磁控制系统。分析了永磁体的调磁特性，针对永磁体调磁所需的瞬时强磁场特点，设计和制作了永磁体调磁控制系统的硬件电路。通过搭建软件仿真和硬件测试平台，完成永磁记忆电机内永磁体调磁控制的实验测试和分析。实验结果表明，该永磁记忆电机调磁控制系统具有实时性、精准性和有效性的特点。     

大外径多环嵌套永磁轴承轴向磁力模型

为了提高永磁轴承承载力,设计了大外径多环嵌套永磁轴承结构.基于与实验吻合的径向磁化双环永磁轴承轴向磁力数学模型,结合大外径多环嵌套永磁轴承结构特点及线性叠加原理,建立了径向磁化大外径多环嵌套永磁轴承轴向磁力解析模型.分析表明:该型永磁轴承轴向磁力与磁环剩磁的平方成正比;磁力随磁环间隙的增大而减小,随磁环数、磁路总磁导的增大而增大;在正常轴向工作范围内,轴向磁力随轴承轴向偏移的增大而增大.该型永磁轴承充分利用了磁环两个极面,产生磁力的磁环间隙数增加,故轴向磁力明显增大.实验及有限元计算验证了该解析模型的正确性.     

表面-内嵌式电机永磁体设计及特性分析

针对表面式永磁电机具有弱磁调速范围小,功率密度低;内嵌式永磁电机存在转矩脉动大,漏磁凸出缺陷,本文提出一种新型表面-内嵌永磁转子同步电机新结构.在满足永磁同步电机的性能达到最优的条件下,建立电机的有限元模型,分析了改变永磁体的极弧系数和磁化方向的等方式对电机转矩波动、效率、功率因数等性能的影响,比较分析得出比较合理永磁体情况下的新型混合式永磁同步电机模型.     

基于等效磁路法的永磁同步电机特性分析

针对有限元法在电机设计初期计算量大且耗时长的特点,为8极9槽永磁同步电机提出了一种相对简单且准确的等效磁路法计算模型。模型中把一个永磁体根据磁路分为几部分,给出了考虑永磁体通过定子齿端部产生漏磁时的永磁体模型。该等效磁路网络同时考虑了磁路饱和、齿槽效应和电枢反应等现象。永磁体漏磁不进入电枢绕组,对绕组磁链和电枢反电势并不起作用,因此在模型中把该漏磁单独考虑。通过迭代的方法,来求解铁心磁导。采用节点磁位法来求解该模型网络,得到电机的磁场分布。在此基础上对电机绕组磁链、电枢反电势和齿槽转矩等特性进行分析计算。同时建立了2D有限元模型,对电机磁场和特性进行分析。最后将等效磁路法模型和有限元模型得到的结果进行对比,验证了等效磁路模型的正确性。     

磁场调制式同心齿轮的结构优化和参数分析

首先简要介绍了磁场调制式同心齿轮的原理,在此基础上提出一种外转子改进型磁力齿轮拓扑结构,对其外转子磁力线和气隙磁密进行分析。用电磁分析软件建立磁力齿轮的有限元计算模型,改变调磁环铁心宽度及外转子永磁体的宽度和高度等参数,分别计算最大静态转矩,得到其与结构参数的关系。静态转矩随结构参数均呈先增大后减小的变化,表明选择合理的结构参数才能优化器件的性能,为磁力齿轮的设计提供了有益参考。     

三种充磁方式轴向磁齿轮的磁场和转矩特性比较

依据永磁体充磁方向和排列方式的不同,轴向磁齿轮可分为轴向充磁磁齿轮、聚磁式轴向磁齿轮和Halbach式轴向磁齿轮。采用3D有限元法对三种轴向磁齿轮的磁场、转矩特性和轴向力进行了比较。基于气隙磁场的谐波分析,利用公式计算出各次谐波磁场产生的转矩和轴向力,得出各次谐波磁场对转矩传递和轴向力的作用。比较表明,聚磁式轴向磁齿轮的转矩能力和永磁体利用率最大,比轴向充磁磁齿轮提高了17.5%和32.6%,比Halbach式轴向磁齿轮提高了2%和15.1%。Halbach式轴向磁齿轮的气隙中引起转矩波动的磁场谐波的幅值最小,转矩波动也最小。轴向充磁磁齿轮低速转子的轴向力最小,比聚磁式轴向磁齿轮小38.3%,比Halbach式轴向磁齿轮小32.7%。     

磁导调制式永磁直线伺服电机的设计

为了削弱永磁直线伺服电机端部效应引起的推力波动,本文提出了基于磁导调制的永磁直线伺服电机设计方法。电机的初级采用开口槽,利用齿槽磁导与端部磁导相调制,使总磁导波均匀分布在奇数个永磁体磁极内。将磁导调制方法与分数槽绕组理论有机结合应用于永磁直线伺服电机的设计中,电机的初级绕组采用单齿集中成型线圈,具有短距与分布效应,且有工艺性好、绕组端部短、推力密度高的特点,有效地削弱了永磁直线伺服电机端部效应引起的推力波动。文中给出了磁导调制式永磁直线伺服电机设计方法的一般规则,并给出了一个每相2绕组的直线电机算例,样机的分析计算验证了所述方法的正确性。