开关磁通永磁同步电机的结构参数研究

以一台三相12/10极样机为例,介绍了一种磁通切换型双凸极永磁同步电机的结构特点和运行原理,并基于有限元法,详细研究了其结构参数气隙和永磁体厚度对电机性能的影响,具体包括对电机高速运行时的弱磁控制和电机绕组的电感、平均电磁转矩和力矩波动、定位力矩电机系统的机械特性和输出功率等。通过分析得出了对磁通切换型永磁电机气隙及永磁体厚度的选择原则,所得结果为该种电机的设计、性能分析以及运行控制等建立了基础。     

单相无刷直流电机的设计分析与建模仿真

文中针对单相无刷直流电机结构设计及驱动方式展开研究,推导出电机理想工况下的基本方程,根据工程实际需求并结合无刷直流电机的设计原则确定该电机的设计方案。利用设计方案设计一台额定功率38 W,额定转速750 rpm的单相无刷直流电机,并分析了渐变气隙对电机起动性能和齿槽转矩的影响,确定了最优气隙长度。通过对比单极性绕组和双极性绕组形式的优缺点确定绕组形式,结合传统电机设计公式确定绕组匝数。文中利用有限元法初步验证了设计方案的合理性。根据电机动态数学模型在Simulink环境中搭建了电机系统的模型,仿真得到电机的转速、转矩变化曲线,结果与理论分析吻合良好,验证了电机设计方案的合理性和电机模型的有效性。     

无刷直流电机槽极比对电机性能的影响

无刷直流电机的槽极比对高速无刷直流电机性能起着关键的作用。基于对电机槽极数比例的选择,对4极6槽、4极12槽和4极24槽的无刷直流电机进行设计和分析。由电磁负荷确定电机的主要尺寸和部分参数并建立数学模型。在有限元理论的基础上,利用Ansoft瞬态分析,对比几种电机的反电动势、气隙磁密、效率和转矩,验证了4极6槽电机的实用性以及在效率、转矩和气隙磁密方面的优势,最终得出该电机在理论和实践中各项性能都能达到最优效果的结论。     

轮毂盘式无铁心永磁同步电机永磁体结构优化

从优化永磁体结构的角度出发,提出将不等厚排列技术与90°Halbach阵列相结合方法对磁钢的排列结构分析,通过改变磁钢排列结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机(以下简称为DCPMSM)气隙磁密的基波幅值及波形的正弦性,达到提高电机性能的目的.本文通过有限元仿真软件对16极盘式永磁同步电机进行建模,分别选取不等厚排列电机模型、不等宽90°Halbach排列电机模型和改进型90°Halbach排列电机模型进行静态气隙磁场分析对比.仿真数据表明,"不等厚排列技术+90°Halbach阵列"使得周向磁密波形和切向磁密波形都大为改善,磁场波形更接近于正弦分布特征,其中周向磁密波形畸变率(THD)Bmin可降低到1.35%,气隙周向磁密幅值Bδav提高到0.5465T.     

石英挠性加速度计磁路参数研究

从永磁体的长径比、气隙磁场均匀性等参数出发,采用理论计算和仿真分析,对采用钐钴永磁体(Sm_2Co_(17))的石英挠性加速度计磁路进行了设计。在降低永磁体和磁帽高度比的基础上,对两种高度比的磁路气隙磁场均匀性进行了测量,并对优化前后的石英挠性加速度计的标度因数进行了1个月的重复性测试。测试结果表明,优化后的力矩器磁路既能获得较均匀的气隙磁场,也能保持较好的长期性能。     

圆筒型双Ω定子横向磁通永磁电机建模分析

双Ω型定子横向磁通永磁直线电机在同一个电枢上通过整合两组定子铁心的方式使得其结构更加紧凑,其空间利用率高、效率高、功率密度大。在分析新型双Ω定子横向磁通永磁直线电机的基础上设计了两类圆筒型的双Ω定子横向磁通永磁电机,采用有限元分析方法(FEA)分别对两类电机的气隙磁密波形、反电势、磁链及电磁转矩参数进行比较分析。结果表明:三相结构更加紧凑,适用于对电机体积限制严格、转矩高的场合;单相结构的磁通密度分布、反电势、磁链参数波形更为理想,在电机精度要求较高的场合可选择该结构。     

高温超导发电讥的结构优化

为了降低高温超导发电机气隙磁密的谐波幅值,提高超导电机的稳定性。本文在Ansys基础上通过有限元电磁场计算并结合遗传算法对高温超导发电机屏蔽和励磁绕组的结构参数进行了优化,结果发现气隙磁密各次谐波幅值明显降低,气隙磁密波形得到明显改善。为了验证优化效果,本文利用时步有限元对优化前后电机模型进行空载电动势计算,发现空载谐波电动势幅值明显降低。最后本文分析了优化后励磁绕组磁场强度,进而分析了励磁绕组稳定性。     

半导体激光阵列光谱合束技术中变换透镜的研究

利用光栅-外腔的方法对半导体激光阵列(LDA)进行光谱合束时常采用平凸或双凸柱透镜作为变换透镜,然而它会导致外腔的反馈效率低下,经研究发现LDA轴上发光单元的反馈效率为80.5%,对于边缘发光单元甚至降到了49.7%。针对该问题提出了采用双分离柱透镜作为变换透镜,从而可以提高外腔的反馈效率。将传统LDA光谱合束光路展开,并利用Zemax画出它的等效光路,以此来求出平凸变换透镜LDA每个发光单元的反馈效率;根据像差理论分析了平凸变换透镜的成像特点,发现平凸变换透镜的球差和慧差较大,需要对其进行矫正;根据初级像差理论,利用PW法设计了双分离变换透镜,并利用Zemax进行了优化。结果发现,优化后双分离变换透镜可以使10mm宽LDA发光单元的反馈效率达到94.2%以上。研究结果表明使用双分离变换透镜法可提高光谱合束效率。     

石英挠性加速度计磁路仿真分析与优化设计

力矩器工作气隙磁性能是石英挠性加速度计磁路设计的关键.利用有限元分析软件ANSYS,对采用稀土永磁材料的力矩器磁路磁通分布进行了仿真分析,并在此基础上进行了磁路结构的优化设计,提出了一种锥形磁钢结构.有限元分析结果表明,锥形磁钢的磁路结构使工作气隙磁场更均匀,可提高加速度计的线性度.     

槽楔材料对PMLSM电磁特性的影响

为提高PMLSM的电磁性能并降低齿槽力和推力波动,文中提出一种在直线电机槽口安装槽楔的解决方案。槽楔材料对电机性能影响较大,为了使电磁性能最佳,文中以分数槽永磁直线同步电机为研究对象,分析了槽楔材料为硬磁、软磁和非磁时对电机气隙系数的影响。利用有限元法对比分析了3种槽楔材料下电机的气隙磁场、反电动势、齿槽力和推力波动等电磁性能,并对不同负载下削弱推力波动的程度进行对比。分析结果表明,硬磁性材料可以有效降低齿槽力和推力波动。最后研究了不同相对磁导率下硬磁性材料对电机性能的影响,并得到电机性能最佳时的相对磁导率值,为进一步提高电机性能提供了理论基础。     

Variable reluctance rotor structures-their influence on torqueproduction

Switched reluctance (SR) motors with differing structures are compared in terms of their torque prediction capabilities. The first structure is doubly salient with conventional laminations, also referred to as the CRS motor. The second has semiclosed stator slots and a cylindrical rotor with anisotropic magnetic properties arising from axial laminations interleaved with nonmagnetic material, also referred to as the CRR motor. The second structure has been claimed, on theoretical grounds, to be the superior structure in terms of torque per stator volume. The present comparison, based on RMS currents, concludes that the torque produced by the conventionally laminated motor is approximately 2.5 times that of the anisotropic design when the two copper losses are equalized. However, when the CRR motor has been optimized in terms of magnetic and electric loading, the CRS motor is still twice as torque productive. These results reverse the benefits previously claimed for the anisotropic motor design     

New self-tuning fuzzy PI control of a novel doubly salient permanent-magnet motor drive

In a doubly salient permanent-magnet (DSPM) motor drive, it is difficult to get satisfied control characteristics by using a normal linear proportional plus integral (PI) controller due to the high nonlinearity between speed and current or torque. Hence, a new self-tuning fuzzy PI controller with conditional integral, which is performed by a single-chip N87C196KD, is proposed. The initial parameters of the controller are optimized by using genetic arithmetic. Simulation and experiments on the newly proposed 8/6-pole DSPM machine have shown that the proposed new self-tuning fuzzy PI controller offers better adaptability than the normal linear PI control and that the developed motor drive offers better steady-state and dynamic performances.     

圆柱-球体多自由度超声电机定子的优化设计

为了实现圆柱-球体多自由度超声电机的运动和提高电机的机电转换效率。电机的定子要具有合适的工作模态。该文根据该种电机对其定子工作模态的要求，以定子的结构参数为设计变量，建立了定子的优化设计数学模型，采用约束变尺度优化法编制了计算程序，并对实例进行了相应的计算。通过与原型样机的实验结果进行比较，证明该文所提出的优化设计法是有效的。     

Design and experimental validation of doubly salient permanent magnet linear synchronous motor for precision position control

A typical iron-core permanent magnet linear synchronous motor (PMSLM) suffers force ripple originated from detent force. Rare earth permanent magnets (PMs) in stationary part cause cost issue. This paper introduces a doubly salient PMLSM (DSPMLSM) which reduces force ripple and number of PMs in stationary part. A prototype DSPMLSM is made based on geometry optimization by response surface methodology (RSM) considering multiple responses combined with 2D finite element analysis (FEA). Analysis and experimental results show promising results that the proposed DSPMLSM displays low force ripple and good positionability.     

高功率微波器件的初步优化设计

将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合,研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件——磁绝缘线振荡器（MILO）和超辐射返波管（SRBWO）进行优化设计。将束波转换效率作为优化目标,在输入功率基本不变的情况下,优化后的磁绝缘线振荡器的效率比原模型提高38．8％;将超辐射相对论返波管的峰值输出功率作为优化目标,优化后的器件峰值输出功率比原来提高了37．5％,束波转化效率提高了50％;将超辐射相对论返波管的输出微波总能量作为优化目标,输出微波总能量比原来提高了38．1％。经优化后获取的器件模型几何参数合理,物理图像正确。     

Efficient optimization of fully-integrated inductive DC–DC converters comprising tapered inductor layout synthesis and temperature effects

The evolution of computer-aided design tools has extended the capabilities of a designer by pushing the optimality of complex circuits beyond the ad hoc manual implementation. This work presents a framework to co-optimize the circuit and the layout parameters of fully integrated inductive DC–DC converters. The framework comprises expensive optimization that is speeded up by active learning sample selection and evolutionary techniques to acquire an optimal converter. A tapered inductor topology is used to increase the quality of the on-chip inductor and to improve the efficiency of the overall monolithic DC–DC converter. The optimization framework is validated by co-optimizing the design parameters and the tapered inductor layout for a fully-integrated DC–DC boost converter in a 0.13 μm CMOS technology. The power loss in the circuit is reduced with 27 % resulting in a 7 % efficiency improvement, compared to a fully-integrated DC–DC boost converter with a regular inductor topology.     

组合锥型光纤SERS探针的理论设计与优化

对组合锥型光纤表面增强拉曼（SERS）探针的结构参数进行了设计与优化。通过建立描述消逝波激发组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型,结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与激发光纤间的模式匹配原理,给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法,在给定的光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下,进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。     

空调机组单相电机的低温制冷控制装置研究

本文就空调机组单向电机在低温制冷环境下进行机械结构控制,就是为了能够改善在低温制冷的运行状态时,如何更好的保证内部设备的安全运行,确保空调机组的正常使用。     

NEC和非堵塞式主从并行遗传算法应用于 天线自动设计的研究

利用优化算法和天线数值计算方法实现对天线结构的自动设计(Automated design)是现代天线研究的一个重要趋势.本文讨论了天线自动设计的原理和流程,采用遗传算法(Genetic algorithms)和NEC(Numerical electromagnetics code)天线数值计算程序,建立了一套天线自动设计软件平台.采用并行计算技术提高自动设计效率,搭建了一套Beowulf并行计算机系统,首次提出非堵塞式主从并行遗传算法的实现方案.以对锥削螺旋－圆锥喇叭天线的自动设计为例,结果表明该自动设计软件平台具备对复杂天线进行准确和有效设计的能力.16节点的并行效率达到了82.25%,超过同类研究结果.