轴向磁化永磁微电机磁场分析及设计方法研究

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm。磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。     

轴向磁化永磁微电机最小尺寸分析及定转子制作

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用基于单元边的有限元方法对这种双转子电机的转矩进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁微电机定子线圈线宽和线间距均为50μm的最佳布线密度;分析了电机在结构、转矩和气隙磁场多方面因素共同限制下所能达到的最小尺寸,即精密机械意义上的能满足实际应用的最小电机直径为10 mm,厚4 mm,通以0.1 A的电流时能获得47μN.m的转矩。并采用一体化多极磁化方法和深刻蚀成型电铸工艺分别制作了直径为10 mm电机的转子永磁体和硅片上的平面定子线圈。分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。     

轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承轴向磁力研究

为了解决轴向磁化永磁轴承磁力偏小的问题,该文设计了能充分利用磁能、具有更大轴向磁力的轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承新结构。基于分析磁环气隙磁导及稀土永磁材料特性,结合磁通连续原理和线性叠加原理,用虚位移法对气隙磁能求偏导,得到了该型永磁轴承轴向磁力解析模型。模型表明:轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承轴向磁力与磁环剩磁感应强度的平方成正比;轴向磁力随磁环的径向宽度、平均直径、磁环数及磁路总磁导的增大而增大,随磁环轴向平均间隙、径向平均间隙增大而减小。在一定轴向尺寸内,单个永磁环磁化方向的长度小,则磁环数增多,轴向磁力增大。经验证,模型计算值和实验值基本吻合。     

径向磁化的双筒永磁轴承轴向磁力研究

为了解决径向磁化的双筒永磁轴承轴向磁力数值计算复杂及缺乏计算轴向磁力的工程化解析模型等问题,该文在分析磁筒气隙磁导的基础上,结合磁通连续性原理和稀土永磁材料特性,通过电磁场理论中的虚位移法得到了该型轴承工程化轴向磁力解析数学模型。模型表明:该型轴承轴向磁力与磁筒剩磁的平方成正比;轴向磁力随磁筒间隙半径、轴向长度及磁路总磁导的增大而增大,随磁筒间隙的增大而减小。在轴承正常轴向工作范围内,该模型计算值与实验值相当吻合。     

轴向放置轴向磁化的双环永磁轴承径向磁力研究

为了解决轴向放置轴向磁化的双环永磁轴承缺乏径向磁力解析数学模型等问题，在分析双磁环气隙磁导的基础上，结合稀土永磁材料特性和磁通连续原理，用虚位移法得出轴向放置轴向磁化的双环永磁轴承径向磁力解析数学模型。模型表明：该型永磁轴承径向磁力与磁环剩磁感应强度的平方成正比；径向磁力近似与磁环的平均直径成正比；磁环径向磁力随磁环径向宽度、轴向长度及磁路总磁导的增大而增大，随磁环相对磁导率及轴向间隙的增大而减小。模型计算值和试验值基本吻合。     

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。     

基于子域法的双励磁双调制轴向式磁场调制永磁齿轮磁场分析

轴向式磁场调制永磁齿轮(AFMPMG)存在轴向及切向漏磁严重及转矩密度偏低等问题。在AFMPMG基础上引入了一个外调磁环,使之构成一种双励磁、双调制的AFMPMG(DEM-AFMPMG)结构,由于DEM-AFMPMG低速永磁转子夹在内、外两个调磁环之间,因此可将AFMPMG轴向及切向漏磁通转化成有用谐波,从而增大DEM-AFMPMG输出转矩及转矩密度。虽然3D有限元法计及了永磁齿轮端部漏磁,具有计算精度高等优点,但同时也使计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长,针对此,提出了一种基于子域法的计算DEM-AFMPMG气隙磁场及电磁转矩数学模型,该方法可将3D模型等效为2D模型,但包括了3D模型的所有因素。算例计算结果表明,基于子域法模型的计算精度与3D有限元法的计算精度相当(气隙磁通密度及电磁转矩的计算误差均不大于5%,转矩密度的计算误差不大于1.5%),但子域法模型计算速度更快,且易于实现计算机程序化,更有利于DEM-AFMPMG的结构参数分析与优化。     

基于ANSYS的多磁极磁化器的磁场分析

用有限元分析软件ANSYS对异性磁极相邻和同性磁极相邻型两种多磁极永磁磁化器进行分析,给出了磁力线分布图、磁通密度的矢量图并进行分析。分析结果表明同性磁极相邻型磁化器在空间间隙产生的磁力线和磁感应强度的方向是垂直于液体流向的,其值随空间间隙而变化。所得结论对多磁极磁化器的设计及应用有一定的指导意义。     

三相交流永磁同步电动机电磁振动的理论建模与分析

交流永磁同步电机效率高、寿命长、运行可靠、维护简单,是未来调速电机重要的发展方向之一,对其电磁振动建模分析是研发低噪音交流永磁同步电机的基础。从永磁同步电机的结构出发,推导了三相交流永磁同步电机的磁密、径向电磁力以及振动的理论模型,从理论角度对永磁同步电机电磁振动的影响因素进行了分析,并给出了电机电磁振动的主要频率。通过理论建模和仿真分析得出,当永磁同步电机槽数接近2倍、4倍、6倍或8倍电机极对数时,电机产生振动频率为2倍、4倍或6倍基波频率的振动。这一结果的提出为设计同类型的永磁同步电机提供了参考依据。     

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。     

盘式永磁电动机振动与噪声特性的研究

通过对盘式永磁电动机三维磁场的计算,得出了盘式永磁电动机三维磁密分布.利用Maxwell应力张量法对气隙轴向电磁力进行计算,并对力密度进行谐波分析,用数值方法找到了产生轴向电磁力谐波的规律.电动机模态分析是确定电动机定子在轴向电磁力作用下是否发生共振的重要手段.文中用三维有限元法计算了5kW盘式永磁电动机的前10阶模态.为定子振动模态阶数与声辐射系数关系的研究及振动和噪声值的预估奠定了基础.最后,通过盘式永磁电动机噪声和振动的实验研究,验证了轴向电磁力波频率与振动模态频率的关系.     

筒式永磁调速器的磁场分析与特性研究

永磁调速器通过调节永磁转子和导体转子的相对位置来实现离心式负载速度的调节和电机的节能,是一种新的调速设备。为了深入研究筒式结构永磁调速器的磁场及机械特性,基于三维运动涡流场,建立了筒式永磁调速器的有限元模型,并对其磁场进行了瞬态分析,得出了筒式永磁调速器的磁场和涡流分布情况,以及输出功率和转矩随转差率和啮合面积的变化曲线。分析结果与试验结果的对比验证了有限元分析方法的正确性。     

电磁推力轴承磁场的有限元计算及漏磁分析

电磁推力轴承中转轴内存在的漏磁现象对轴承的工作性能有较大的影响。用有限元方法对上述现象进行了计算分析,发现漏磁引起轴承的轴向推力加大。随着定子铁心和转轴之间的气隙加大,漏磁减少,轴向电磁力反而逐渐变小。有关的机理分析表明这种现象的存在是合理的。在此基础上,提出有关的设计建议。     

旋转永磁场光整加工中的磁场装置研究

阐述了利用永磁场和磨粒加工内孔表面的加工机理,通过改变铁芯的形状设计出了几种磁场装置,并用ANSYS对这些磁场装置进行了仿真,根据仿真结果得出了各装置的优缺点以及它们的适用范围。     

钢管表面缺陷漏磁场与漏磁信号分析

分析了钢管表面缺陷漏磁场的分布；定性分析了孔洞和矩形槽缺陷的频域特性，并讨论了缺陷深度、励磁电流、周向检测探头旋转速度对矩形槽缺陷漏磁感应电压信号峰值和峰峰值的影响，得出评价缺陷深度要考虑的因素。实验结果和分析结论可为缺陷定量识别和现场实际应用提供依据。     

直流磁场下销盘摩擦副接触面的磁感应强度和磁吸力分析

为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,通过试验检测了销盘接触时的磁吸力,利用电磁场有限元软件分析计算了销盘摩擦副在接触区域的磁感应强度大小和分布及磁吸力的大小。试验和仿真结果表明:磁感应强度和磁吸力都随线圈电流的增大和气隙的缩小而增大,并且与材料的磁化特性有关;销盘上的磁场分布不均匀,当盘旋转进行摩擦磨损试验时,盘上各点将产生动态磁化现象;由于销和盘之间的微凸峰接触存在漏磁,故在磁场仿真时可用一个极小的间隙来表示其实际磁接触状态;在销和盘接触时,可用试验得到的最大磁吸力值根据麦克斯韦公式计算出接触面的平均磁感应强度。     

感应式磁声成像脉冲磁场发生系统的研究

介绍了感应式磁声成像系统的关键部件脉冲磁场发生系统的设计.给出了脉冲磁场发生系统的电路构成和工作原理;在对储能电容器RLC电路进行分析的基础上,确定了对电容的充电和放电的控制时序,对各元件的参数进行了计算;介绍了其中的关键部件8字形线圈的构成,并对8字形线圈产生的脉冲磁场随充电电压、线圈正中央垂直高度的变化关系进行了分析,给出了实验波形.     

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承漏磁分析

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承的定转子气隙间存在漏磁现象,为了准确计算漏磁的大小,从而精确地对磁轴承进行磁路设计,利用有限元法对该现象进行了分析.通过ANSYS软件针对一台磁悬浮飞轮样机用径向磁轴承的磁场分布进行分析,提出了一种等效气隙漏磁系数的计算方法,得到样机用磁轴承的漏磁系数.样机试验结果表明,用这一方法计算得到的漏磁系数进行磁轴承参数设计及性能分析具有足够的精度,能够满足实际工程需要.