Novel Switched Flux Permanent Magnet Machine Topologies

This paper overviews various switched flux permanent magnet machines and their design and performance features,with particular emphasis on machine topologies with reduced magnet usage or without using magnet,as well as with variable flux capability.     

永磁机构真空断路器的动态特性仿真及分闸弹跳分析(英文)

In order to research the dynamic characteristics of circuit breaker(CB) in opening process,taking a 12kV vacuum circuit breaker(VCB) with permanent magnetic actuator as the example,a dynamic model of the VCB is established based on the virtual prototype technology,and dynamic equations of the model are deduced.Simulation and experiment are carried out on the VCB of both opening and closing processes.The simulative opening time and closing time are 39.5ms and 54.6ms respectively.Influencing factors of opening bouncing and their effect principles are analyzed through dynamic simulations of opening bouncing process.Analytic results indicate that the increase in the stiffness coefficient of contact spring limits the opening bouncing;meanwhile increases in the preload of contact spring and the mass of shaft can enlarge the opening bouncing.     

Halbach列永磁电机的研究

在国外研究成果的基础上,系统阐述了Halbach列的组成及其特点,探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷。在介绍Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机的基础上,归纳了Halbach电机的特点,给出了一种新型的Halbach列永磁电机,并分析了其仿真和试验结果。     

Halbach列永磁电机的研究

在国外研究成果的基础上,系统阐述了Halbach列的组成及其特点,探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷。在介绍Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机的基础上,归纳了Halbach电机的特点,给出了一种新型的Halbach列永磁电机,并分析了其仿真和试验结果。     

基于瞬态热网络法的细长型永磁电机优化设计研究

本文将瞬态热网络法应用到起重机用细长型外转子永磁电机的优化设计中,以电机效率和成本为优化目标,对一台37.0kW永磁电机进行优化设计。选择永磁体厚度、气隙长度g、电机铁心轴向长度、每槽导体数、导线线规、永磁体厚度六个参数为优化变量,同时约束其槽满率、定子齿部磁密、定子轭部磁密、最大温升、最大转矩在一定范围内。本文分析了细长型永磁电机结构参数对铜损耗和效率的影响,再利用粒子群优化算法对永磁电机进行优化设计。优化结果显示:电机效率提高1.1%,成本也略有下降。最后通过有限元仿真,验证了瞬态热网络法的可行性和准确性。     

GIS中局部放电特高频电磁波激发特征分析(英文)

The understanding of the excitation mechanism of ultra high frequency (UHF) electromagnetic waves (EW) is essential for ap- plying UHF method to partial discharge (PD) detection. Since the EW induced by PD in gas insulated switchgear (GIS) contains not only transverse electromagnetic (TEM) wave, but also high-order transverse electric (TE) and high-order transverse magnetic (TM) waves, we analyzed the proportions between the TEM wave and the high order waves, as well as the influence of the PD position on this proportion, using the finite different time domain (FDTD) method. According to the unique characteristics of the waves, they are separated only ap- proximately. It is found that the high-order mode is the main component, more than 70%, of the electric field around the enclosure of GIS, and that with the increasing distance between PD source and inner conductors, the low frequency ( below about 800 MHz) component of EW decreases, but the high frequency component (above 1 GHz) increases, meanwhile the proportion of high-order components in EW could reach 77% from 70%. It concluded that the closer the PD source to the enclosure is, the easier high order EW may be excited.     

基于磁压缩系统的纳秒脉冲发生器(英文)

Magnetic pulse compression(MPC)system has been widely-used for over a few decades as a technique for producing short-duration,high-peak-power pulses reliably.A novel MPC system which does not contain external demagnetization circuits,has broadened the application of MPC systems.Improvements for novel MPC systems are presented.To meet the required voltage and compression gain and on considering of the overall system efficiency,two kinds of most popular MPC systems based on the improved MPC topology are designed,which are 2-stage MPC system and 3-stage MPC system,respectively.Based on the improved MPC topology,several kinds of compact pulse generators are built in pulsed power and supply technology laboratory of Institute of Electrical Engineering,Chinese Academy of Sciences.These generators illustrate that the improved MPC topology,together with solid state switches provides an ideal way to generate pulses of around 100 nano-seconds in width,with mid and high voltage of 10 kV to 100 kV,and a high repetition frequency of about 30 kHz.     

等离子体子弹环形结构的形成机制(英文)

The formation of plasma bullets’ring-shaped structure in atmospheric pressure helium is analyzed by using a coupled fluid model.The model consists of a two-dimension neutral gas flow module and a one-dimension plasma dynamics module.The obtained radial distributions of the electron’s number density and the nitrogen’s metastable number density have different structures under different types of reactions or air contents in the model.It shows that total electron impact ionization plays an important role in sustaining the discharge,and together with Penning process,they lead to the shifted-off structure of electron number density.Meanwhile,the ring structure of plasma bullets forms mainly due to the excitation reaction of nitrogen molecule on air contents.     

磁场热处理对Sm_2Co_(17)磁体磁性能及微结构的影响

2:17型SmCo永磁体由于其优异的高温特性,而作为高温磁体广泛应用于航空航天、能源、医疗等高科技领域,而新技术的发展对于2:17型SmCo永磁体的磁性能提出了更高的要求,磁场热处理是一种改善磁体磁性能的有效方法。研究了磁场热处理温度及时间对2:17型SmCo永磁体磁性能和微结构的影响,并考察了相应的磁畴和微观结构。实验结果表明,当磁场热处理的温度为400℃、热处理时间为1 h时,并在磁场中冷却,磁体的综合性能最好,剩磁Br为10.99 kG,提高了5.17%,矫顽力Hcj为1545.04 kA/m,提高了16.93%,最大磁能积(BH)max为223.84 kJ/m~3,提高了10.19%,并且磁畴尺寸细化变窄,矫顽力有显著提高。     

高速永磁无刷电机电磁损耗的研究概况(英文)

高速永磁无刷电机得到越来越多的关注,其电磁损耗及抑制措施就是一个研究热点。首先,由于基波频率高(可达到1 kHz以上),定子绕组的集肤效应和临近效应产生附加铜耗。附加铜耗可以通过采用细导线并绕的方法来抑制。其次,定子铁心中的磁场交变频率高,导致铁耗明显增加。为降低定子铁耗,需要设计较少的电机极数、远低于常规电机的定子铁心磁密,并采用低损耗的铁心材料。再次,由于定子磁动势的谐波频率及气隙磁场的变化频率都数倍于基波频率,在转子中产生涡流损耗,而这种涡流损耗在中、低速永磁无刷电机中往往是忽略不计的。为抑制转子涡流损耗,应减小定子磁动势的谐波分量,也可采取减小定子槽开口、加大气隙长度、对永磁体进行轴向分块、采用转子导电屏蔽层、对转子保护套周向开槽等措施。此外,适当的控制策略(如永磁无刷直流电机超前触发、永磁同步电机弱磁控制)也有助于减小电磁损耗。     

永磁电机中Halbach充磁与平行充磁的分析比较

介绍了Halbach磁体的排列及其内部充磁时构成的永磁电机气隙磁密的解析解，通过对平行充磁和Halbach充磁时气隙磁密数值解的分析比较来说明Halbach充磁的优点。     

磁通切换型永磁电机非线性磁网络分析

提出了一种磁通切换型永磁电机(Flux-Switching Permanent Magnet,FSPM)的通用非线性磁网络模型,该模型可以考虑磁场饱和的影响,能对气隙磁通密度分布、电枢线圈永磁磁通和感应电动势等电磁性能进行计算。针对一台三相定子12槽/转子10极的磁通切换永磁电机,首先建立了该电机的原始磁网络模型,并利用有限元法进行了验证。然后基于原始模型,进一步综合考虑局部饱和影响,提出了初始模型。为了进一步提高磁网络分析的精度,在初始模型基础上,又提出了两种新的磁网络模型——多段永磁支路模型和导磁桥模型,其计算结果更为精确。上述磁网络模型的分析结果均得到了二维有限元计算和实验结果的验证。通过对比可知,上述磁网络模型中导磁桥模型具有最高的分析精度。     

永磁电机中永磁体数学模型的分析

永磁体的数学模型的确定是永磁电机磁场计算中的关键。文中从电磁场基本理论出发,导出了永磁体在任意复杂形状下,不同磁化方向（平行磁化、径向磁化、圆周方向磁化）时永磁体边界上等效电流的计算方法,为永磁电机电磁场分析计算奠定了基础。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机齿槽转矩抑制

轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet Machine,AFFSPM)电机是一种高功率密度、高效率的新型永磁电机,但由于其定、转子的双凸极结构引起的聚磁效应,同传统的永磁电机相比,该结构电机的齿槽转矩较大。为了减小齿槽转矩,进一步提高电机性能,本文对AFFSPM电机的齿槽转矩进行了分析,首先推导了齿槽转矩的解析表达式,然后对转子齿面开辅助槽法进行了研究,采用实验设计(DOE)方法得到了齿槽转矩与辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角之间的数学模型,计算出使齿槽转矩最小的辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角的最优组合,并通过三维有限元法(FEM)验证了所得结果的正确性。结果表明,转子齿开辅助槽可以有效地削减齿槽转矩,转子齿面开两个辅助槽,优化辅助槽口宽度、槽口深度和槽口形状为3°、1.79mm和1.62°,齿槽转矩最大可以减小约44.3%。     

横向磁通永磁电动机研究进展

横向磁通永磁电动机以其高转矩密度的优势而得到了发展.介绍了这种电机的工作原理,并分析了电机的结构特点.针对横向磁通永磁电动机的特殊结构,给出电机的电磁场分析方法.概述了国内外横向磁通电机的研究现状.根据不同的应用场合,结合电机的结构特点,提出横向磁通永磁电动机的进一步研究方向.     

基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计

针对双转子单定子模块化轴向永磁电机的磁场和性能计算,基于等效磁路法提出一种快速计算模型,探讨了定子内外径、永磁体轴向长度、气隙长度等参数对电机损耗和效率的影响。针对一台30k W定子模块化轴向永磁电机进行了效率优化设计,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机气隙和定子齿的磁通密度波形、感应电动势等。该模型考虑了磁路饱和、电枢反应、漏磁通以及定转子相对运动的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了模型的正确性与优化设计的有效性。     

Halbach永磁直流电动机气隙磁密分析

首先通过Halbach永磁直流电动机的物理模型推导出气隙磁密的解析解，进而分析磁场的分布特点；然后利用有限元方法求解Halbach永磁直流电动机气隙磁密的数值解，并将两种方法的计算结果进行比较对照，分析了磁通密度随磁体厚度、极对数、每极磁体阵列数的变化规律以及3维情况下沿轴向的衰减情况。     

轴向永磁电机及其研究发展综述

近年来,轴向永磁电机因其结构紧凑、效率高、功率密度大等优点获得研究人员越来越多的关注,已有大量文献对多种结构的轴向永磁电机在不同领域的应用进行了深入研究。该文介绍了轴向永磁电机的一般定转子结构以及若干特殊结构,对比了轴向永磁电机和传统径向永磁电机的性能和特征,分析了轴向永磁电机的设计分析方法,讨论了轴向永磁电机在不同领域的研究和应用,最后总结展望了轴向永磁电机及其相关技术研究的主要发展方向。     

永磁圆盘形耦合电机设计分析

介绍了永磁圆盘形耦合电机的结构和性能特点,探讨了该种新电机的设计特点,列出设计所需基本理论方程,通过Ansoft仿真对关键系数进行有限元分析,按实际要求设计出相应电机,并对其调速性能和轴向吸引力进行分析,最后通过样机实测检验,结果表明该电机具有发展前景.