车用永磁缓速器永磁体高温失磁研究

作为汽车辅助制动装置的永磁缓速器在工作时产生大量的热能,使转子在较短的时间内出现较大的温升,直接影响缓速器内永磁体的工作性能,严重时会引起永磁体失磁。为分析永磁缓速器中钕铁硼永磁体高温失磁的问题,建立永磁缓速器的数学模型,确定有限元分析边界条件。通过求解涡流去磁场,得到转子涡流场和永磁体比磁导分布情况,结合永磁体不同温度下退磁曲线分析永磁体失磁。试验结果验证了数值分析的正确性,表明在风冷散热条件下,永磁缓速器持续工作超过15 min永磁体会发生严重失磁,降低永磁缓速器的制动性能。     

磁钢充磁方式对高速永磁电机性能的影响研究

针对高速永磁电机的充磁方式问题,对一台250 k W,67 000 r/min高速永磁电机的径向充磁、平行充磁和Halbach充磁3种永磁体充磁方式进行了研究,对不同充磁方式给高速永磁电机气隙磁场、齿槽转矩、损耗的影响进行了分析。利用有限元分析的方法,根据实际的充磁方式,在有限元软件中建立了高速永磁电机模型,对高速永磁电机不同充磁方式下的性能进行了研究,对比分析了平行充磁、径向充磁及Halbach充磁这3种充磁方式对高速永磁电机气隙磁场、齿槽转矩、定子空载铁耗、转子涡流损耗、额定运行时总损耗等的影响,并且总结了高速永磁电机理想的充磁方式。研究结果表明:采用平行充磁方式时高速永磁电机的气隙磁密波形更趋于正弦、齿槽转矩更小,电机的总损耗最小,运行性能更优。     

一种提高磁齿轮转矩新方法

相比机械齿轮接触式传动,磁齿轮是一种结构新颖、具有广阔发展前景的新型传动装置,它利用磁场调制原理实现大转矩传递。在传统磁齿轮结构基础上对内、外转子永磁体进行改进,内永磁体为三角形-扇形相间,内外永磁体均为Halbach阵列。运用二维有限元法对改进型磁齿轮模型进行仿真,并计算磁齿轮电磁场和电磁转矩,同时与传统磁齿轮磁场和转矩进行比较。仿真结果表明,改进型磁齿轮能有效增强气隙磁密幅值,减小气隙谐波含量,同时输出转矩较传统磁齿轮提高。这对同心式磁力齿轮转矩密度的提高研究及应用具有重要意义。     

磁场调制式永磁齿轮气隙磁密数理模型建立及其运行机理分析

针对磁场调制式永磁齿轮(FMPMG)的气隙磁密理论推导不完善,无法深刻揭示出FMPMG内在运行机理等问题,基于永磁电机气隙磁密及其单边有槽气隙磁导的计算方法,对FMPMG气隙磁场进行了理论分析与系统建模;认为调磁环对内、外转子所产生的调制作用是FMPMG正确运行的基础,其对一个永磁体转子所产生的调制谐波必须与另一个永磁转子的基波相匹配,才能使FMPMG按一定的传动比输出转速与转矩,且调磁环的调制作用取决于永磁体的磁极对数:磁极对数越多,其调制作用越明显;反之,则并不明显。     

混合充磁式磁齿轮复合电机损耗仿真与分析

针对一种混合充磁式磁齿轮复合电机的损耗进行了研究,对比分析混合充磁式磁齿轮复合电机和径向充磁式磁齿轮复合电机的磁场和气隙磁通密度及其谐波,得到了不同转速下两种磁齿轮复合电机的铁耗和涡流损耗情况,并对调磁块形状进行了优化.结果表明,与径向充磁式磁齿轮复合电机相比,混合充磁式磁齿轮复合电机铁耗更小,产生的磁场强度更强,内层和中层气隙磁通密度更大,外层径向磁通密度和切向磁通密度的谐波幅值相对较小,有助于减少涡流损耗;优化后的圆形调磁块结构,可以减小复合电机的涡流损耗和铁耗.     

磁场调制式永磁齿轮Halbach充磁与平行充磁分析比较

为了提高磁场调制式永磁齿轮(Field Modulated Permanent Magnetic Gears,FMPMG)的气隙磁密及传动转矩,基于某一具体结构的FMPMG,应用Ansoft14对其Halbach及平行充磁方式进行了分析比较,研究了永磁体厚度、转角差、轭铁厚度对气隙磁密及传动转矩的影响,结果表明:Halbach所形成的气隙磁密较平行充磁更具有正弦性;与平行充磁相比,Halbach气隙磁密的厚度极值点明显高于平行充磁;另外,Halbach特有的单边效应,使其对轭铁厚度的要求不高,可减小或取消轭铁结构以降低FMPMG的转动惯量,为大功率高性能的FMPMG实用化奠定基础。     

高速磁场调制式磁齿轮流场及温度场分析

高速磁场调制式磁齿轮工作时,永磁体和调磁块中会产生较大的涡流损耗和风摩擦损耗。为了研究高速磁齿轮小间隙内的流场和温度场,以一台内转子转速为16 500 r/min,外转子转速为-3 000 r/min的磁齿轮为研究对象,针对磁齿轮小间隙,考虑自然对流换热和强迫风冷换热两种情况,采用计算流体动力学（CFD）方法进行了流场及温度场计算。结果表明,仅仅依靠自然对流换热,永磁体会因温度过高而失磁;引入强迫风冷后,永磁体温度能控制在402.98 K(129.83℃)以内;并给出了轴向风速为15～30 m/s时沿轴向分布的对流换热系数曲线。研究结果为磁场调制式磁齿轮的热设计提供了参考依据。     

电动汽车用ISG永磁电机在弱磁条件下的永磁体涡流损耗分析

针对内转子内置式永磁同步电机在高速运行时转子永磁体所产生温升严重的问题,以"一"型和"V"型两种不同磁极结构的35kW永磁同步电机为研究对象,在永磁体总量和磁极分块相同的情况下,利用有限元法与解析法,分析了两种磁极结构在弱磁条件下永磁体表面的磁通及其变化情况,探究了两种磁极结构的电机在相同的弱磁条件下不同转速、不同弱磁角和不同去磁电流时的转子永磁体涡流损耗大小和特点,得到在相同弱磁条件下"V"型磁极结构的永磁体涡流损耗大于"一"型磁极结构的结论。最后制造样机并进行试验,验证了有限元模型的有效性,为永磁同步电机在弱磁条件下的永磁体涡流损耗情况提供参考。     

含Halbach永磁阵列的磁场调制式磁力齿轮特性分析

磁场调制式磁力齿轮是一种非接触磁力传动装置,Halbach永磁阵列是一种非单一充磁方向的新型永磁结构。为了掌握含Halbach永磁阵列磁场调制式磁力齿轮的磁场和机械特性,首先,用傅里叶级数展开方法表达了Halbach永磁阵列磁化强度的基波和谐波分量;其次,利用有限元方法,分别建立了径向充磁型和Halbach型磁场调制式磁力齿轮模型,比较了两种模型内外气隙磁场和磁场谐波、内转子和外转子的矩角特性和齿槽转矩特性。通过对比可知,相比于径向充磁型磁力齿轮,Halbach型磁力齿轮具有更加平滑的转矩输出。     

基于漏磁原理的钢丝绳无损检测励磁结构设计与优化北大核心CSCD

为提高钢丝绳无损检测装置的励磁效果,基于漏磁原理在不改变永磁体总体积前提下,增加轴向永磁体,通过改变永磁体充磁方向,增加磁路横向磁感线密度,同时在轴向充磁永磁体之间安装电磁屏蔽器避免形成干扰磁感线;使用有限元分析对装置参数进行优化设计后,钢丝绳最大磁化强度提高约8.8%,饱和长度提高约24%,励磁效果优于已有励磁结构。     

空间磁信标定位系统的信源结构设计

磁信标导航定位系统的信源主要有永磁体磁信标和通电螺线管磁信标两种,基于毕奥-萨伐尔定理提出了锥形组合结构和平面交叉组合结构的永磁体磁信标设计方案,通过与现有的单永磁体信标及正交永磁体信标进行对比,得出锥形组合结构磁信标在与平面夹角为70°时产生的磁场信号性能最佳,在二维平面内能够明显提高信号的指向性;设计磁体夹角为60°的平面交叉组合信标,改善了现有信标存在信号盲区的问题并且提高了信号的传输距离。针对平面交叉组合旋转磁信标分析一元组合信标与二元阵列组合信标产生的磁场性能,仿真结果表明,在不同属性的传播介质中阵列布设信标产生的磁场信号鲁棒性更好。利用NdFeB永磁体材料搭建信号检测分析系统,在基线为5 m,信标旋转角度差值为0时,两种信标布设方法产生的最大误差分别为3.55 nT和5.80 nT,证明了所设计的磁信标结构的实用性,为磁导航定位系统的信号传输距离有限、信号提取困难等问题提供了有效地解决方案。     

基于Halbach排列的摆线永磁齿轮

摆线永磁齿轮是通过内转子本身自转和公转来传递转速,可以获得较高的传动比和转矩密度。为改善漏磁、提高永磁体利用率,将永磁体采用Halbach排列,根据其工作原理设计制造了一台样机。通过有限元模拟摆线永磁齿轮的磁场分布和静态转矩特性。与一般结构相比,采用90°Halbach结构时最大转矩密度的平均值可提高30%左右,且最大转矩密度的波动较小,传动更平稳。最后,通过实验分别测试转子不同转角时的传动转矩,所得结果与模拟结果比较吻合。结果表明基于Halbach排列的摆线永磁齿轮可以有效的改善漏磁现象,获得更高的转矩密度。     

永磁体分块对永磁变速机涡流损耗的影响研究

考虑永磁变速机中永磁体的材料特性，计算了永磁体磁场透入深度，为永磁体尺寸设计提供了依据；其次，建立了永磁变速机有限元模型，基于相对速度计算了内磁环、外磁环永磁体及调磁环的涡流损耗，讨论了永磁体圆周分块和轴向分块对变速机涡流损耗的影响。结果表明：永磁体涡流损耗较调磁环硅钢涡流损耗大得多，且永磁体涡流损耗随转速增加迅速增加；轴向分块及圆周方向分块均可大幅度降低变速机永磁体涡流损耗，但轴向分块更便于永磁体安装。     

转子调磁式磁力齿轮设计与分析

针对传统磁力齿轮高速运转时转子永磁体会破坏的缺点,提出没有永磁体的转子调磁式磁力齿轮。根据磁场调制原理建立了输入输出转矩与气隙磁场间的关系,使用二维有限元法分析其转矩传递能力;使用参数化扫描对不同的转子尺寸参数组合进行优化分析,得到输出转矩与转子尺寸间的关系,并探究各转子尺寸参数对输出转矩影响的原因。仿真结果表明:输出转矩与转子的尺寸参数有直接关系,存在最优尺寸使输出转矩达到最大值;优化后输出转矩增加了81.2%,低速转子尺寸对输出转矩影响最大。最后对气隙中磁密进行谐波分析,结果表明优化前后主要谐波的变化与转矩变化一致,验证了转子调磁式磁力齿轮设计分析的有效性。     

内置式永磁同步电机空载气隙磁密研究

针对内置式永磁同步电机空载气隙磁密引起电机振动和噪声这一问题,以常见的"一"形和"V"形内置式永磁体转子结构为例,运用有限元分析方法,研究了"一"形结构中隔磁桥和永磁体尺寸变化对空载气隙磁场的影响,提出了分段式的"一"形永磁体结构,并对不同分段间隔"一"形结构和不同夹角"V"形结构产生的气隙波形及谐波畸变率进行仿真测试。研究结果表明,"一"形结构内隔磁桥宽度越小,气隙磁密波形正弦性越好,能够改善电机振动症状,减弱噪声;永磁体尺寸有助于提高气隙正弦性;"V"形永磁体夹角变大时,气隙正弦化会有所改善,"V"形结构具有更高的机械强度和凸极率,但气隙正弦化和永磁体利用率有所下降。     

双调制同轴磁齿轮的结构设计与传动性能分析

针对传统磁齿轮永磁体漏磁现象而引起的传递转矩较低的问题,在永磁体气隙相对磁导率推导分析的基础上,建立了具有双调制结构的同轴式磁齿轮模型。运用有限元方法对该模型进行仿真,分析研究了辅助磁通调制的作用,并计算磁通密度和传递转矩,与传统磁齿轮的磁通密度和传递转矩进行了比较。仿真结果表明,双调制结构的同轴式磁齿轮能有效增强气隙磁通密度,减少漏磁并提高传递转矩。这种双调制磁齿轮结构对同轴式磁齿轮转矩密度的提高及应用具有重要意义。     

基于磁热耦合仿真的筒式永磁调速器散热研究

针对筒式永磁调速器长时间运转发热严重的问题,利用磁热耦合分析方法,建立磁场、温度场分析的数学模型和有限元模型,通过Maxwell 3D和Steady-State Thermal模块联合仿真,得到铜环、永磁体温度场分布情况。通过对散热片进行优化仿真,显著降低了铜环和永磁体的最高温度。     

表面式永磁齿轮传递力矩仿真

永磁行星齿轮结构的传递力矩与永磁体密切相关,磁性齿轮的参数、永磁体的粘贴方式、行星轮数目等都对传递力矩有重要影响。对长方体表面式永磁体齿轮的研究表明,与内嵌式永磁结构相比,外凸式结构漏磁系数低,且传递力矩大,在避免磁干涉的情况下,应尽量采用多个行星轮以提高传递力矩。     

磁场调制型磁齿轮动态性能分析

磁场调制式磁齿轮是一种新兴技术,与传统机械齿轮相比,可有效地避免振动、噪声、润滑等问题。但是其刚度低,当原动机转矩发生扰动或速度产生变化时,就会导致磁齿轮出现暂态振荡。在分析磁齿轮基本原理的基础上,设计了一种传动比为5.5的磁场调制型磁齿轮,并利用电磁场有限元法对不同结构类型的磁齿轮进行性能分析,选出效率最高的一种结构类型,通过在磁齿轮高速动子铁芯中引入具有闭合回路的阻尼绕组,当发生暂态振荡时,阻尼绕组中产生感应电流,进而产生阻尼电磁力矩,抑制传动轴系的机械振动,保持系统的稳定性。此外,还分析了每极阻尼绕组参数对磁齿轮瞬态特性的影响及变化规律。     

调制式永磁齿轮气隙磁场及转矩分析计算

针对有限元法(Finite element method,FEM)计算调制式永磁齿轮的气隙磁场及转矩时,计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长等缺点,采用"场"、"路"结合的分析方法,建立适于计算机建模的气隙磁场及转矩的数学解析模型。根据恒定磁场中的标量磁位理论,通过求解不同边界条件下的微分方程,获得调制式永磁齿轮中高速永磁圈在无调磁环状况下的气隙磁场数理模型;将引入调磁环后所产生的调制效应表示为等效磁路中的气隙磁导,进而获得调制函数,并以此建立高速永磁圈在有调磁环状况下的气隙磁场数理模型;再将低速永磁圈中的永磁体等效为电流模型,并根据电流在磁场中所受的洛仑兹力进行转矩建模。经算例计算表明,所建模型与FEM计算精度相当,但速度更快,且适于计算机程序化,易于实现调制式永磁齿轮的结构参数分析与优化。