Z型极靴聚磁式磁齿轮设计与仿真分析

提出并研究一种Z型极靴聚磁式磁齿轮(ZP-FFMG).在该磁齿轮结构中，Z型极靴可以耦合转子端面和圆柱面的磁通.通过三维仿真可知，Z型极靴聚磁式磁齿轮中存在有助于传递转矩的轴向和径向磁通分量.对比分析传统聚磁式磁齿轮(FFMG)和Z型极靴聚磁式磁齿轮，结果表明，与传统聚磁式磁齿轮相比，Z型极靴聚磁式磁齿轮的传递转矩提高42%，转矩密度增加15 kN·m/m³，同时磁通密度也有改善.     

基于洛伦兹力的无轴承电机优化与特性分析

传统无轴承电机将电机的旋转和径向磁悬浮支承功能集成于一体,具有支承无接触、无摩擦和无需润滑的优点,但是其转矩和径向悬浮力相互制约,永磁体厚度必须折中考虑.设计了一款基于洛伦兹力的无轴承电机,该无轴承电机可以同时产生转矩和轴向悬浮力,径向悬浮依靠径向永磁轴承实现.通过磁路欧姆定律推导了电机的轴向洛伦兹力的数学模型,采用有限元法分析了永磁体厚度、气隙长度和电流大小对轴向洛伦兹力的影响.结果表明,永磁体厚度增大使洛伦兹力无轴承电机的轴向承载力变大,永磁体厚度为3 mm最合适.     

不同充磁方式的对转永磁电机气隙磁场性能研究

针对磁钢不同充磁方式对电机磁场性能影响不同,在对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach磁体磁化强度分布的基础上,提出一种计算内永磁体转子和外永磁体转子对转电机气隙磁密的解析算法,该算法计算结果与有限元分析结果接近且趋势相同,是一种在电机设计前期预报气隙磁场分布的有效方法;利用解析和有限元相结合的方法研究了充磁方式对两种转子结构对转永磁电机气隙磁场的影响,结果表明外永磁体转子对转电机选择径向充磁能获得趋近方波的气隙磁密和较高的磁密峰值,适合无刷直流电机;内永磁体转子对转电机选择平行充磁可提高气隙磁密的正弦分布和得到较高气隙峰值;Halbach磁体的电机气隙磁密正弦分布程度高,谐波含量小,与平行充磁均适用永磁同步电机。     

一种轴向电磁轴承的结构优化与有限元分析

给定转子推力盘直径和转子芯轴直径,设计一种传统结构的轴向电磁轴承。保持定子内孔与转轴之间的径向漏磁气隙不变,采用有限元软件仿真定子线槽结构参数对轴向电磁轴承的磁场分布及承载力的影响,并从磁路理论角度对结果进行误差分析。在承载力最大的线槽结构参数下,只改变芯轴直径,仿真分析径向漏磁气隙对轴向电磁轴承的磁场分布及承载力的影响。研究结果表明:随着定子线槽轴向长度与径向长度比(长宽比)的增加,承载力先增大后减小;当长宽比为5~10时,漏磁不是最小,但承载力较大且基本不受长宽比变化的影响,最大电磁力为理论电磁力的88.7%;随着径向漏磁气隙与轴向气隙比(气隙比)的增加,承载力增加,但增量越来越小,当气隙比为13.3时,仿真电磁力达到理论电磁力的97.0%,当气隙比大于13.3后,承载力随气隙比的增加非常有限。     

永磁辅助外转子开关磁阻电机转矩增强的等效磁路分析

为了实现电磁转矩的增强,文章提出了一种在定子槽口增添永磁体的新型永磁辅助外转子开关磁阻电机。首先分析新型电机的结构和工作原理,用等效磁路法建立混合励磁等效模型,并证明增添永磁体后,气隙磁链增大和定子磁链减小。其次建立电磁转矩的平衡方程,并分析了电机的三种励磁工作模式。然后仿真分析永磁体厚度对电磁转矩和齿槽转矩的影响,验证了较大的电枢电流能更好发挥永磁体的作用。最后,与传统外转子开关磁阻电机相比较,新型电机能降低定子铁心的磁饱密度和增强电磁转矩。     

周期式高梯度磁选机磁系磁场的分析与应用

当励磁电流为200 A时,计算了周期式高梯度磁选机线圈轴线轴向和距轴线0.15 m处径向的磁感应强度,并运用ANSYS有限元分析软件分析了屏蔽铁铠和磁极对线圈磁场特性的影响,同时采用该设备进行了高岭土磁分离除铁实验. 结果表明,距线圈中心0.1 m轴线轴向为0.326 T的均匀磁场,随着与中心距离的增加磁感应强度大幅下降;距轴线0.15 m径向的磁感应强度很小,在端面效应的作用下达到最大值0.064 T;安装屏蔽铁铠和磁极,线圈中心均匀磁场的磁感应强度提高至0.95 T. 在矿浆流速为0.7 cm/s,背景磁感应强度为1.1 T下,一次磁选将高岭土的Fe2O3的质量分数由1.35%降至0.63%,白度由68%提高至89%.     

不等极弧结构永磁同步电机噪声和转矩特性

对转子采用表贴式不等极弧结构的车用永磁同步电动机的转矩和噪声特性进行综合分析.通过试验测得其在有风扇和无风扇负载运行时的噪声频谱,诊断噪声源的主要频率成分.根据离散傅里叶分解理论,推导出单极极弧系数不等和相等2种结构下转子磁动势的谐波分布,得到单极极弧系数不等结构电机主要电磁力波的幅值和频率.结果表明,单极极弧系数不等结构虽然有效地降低了齿槽转矩幅值,但同时引入了更多的转子磁动势谐波分量;当转子结构对称时,转子永磁体磁场只存在奇数次谐波,而当转子结构不对称时,不但会产生偶数次谐波分量,还可能会出现分数次谐波分量,使径向电磁力波幅值增大,从而导致电机振动噪声特性变差.通过有限元计算证实了理论推导的正确性,并总结了原方案电机电磁噪声较大的原因.     

轴向磁场无铁心永磁电机的永磁体结构优化及其涡流损耗削弱

对轴向磁场无铁心永磁电机的永磁体的尺寸进行优化,以提高转矩密度。首先,利用MAXWELL建模分析,对电机永磁体的利用进行优化。通过计算分析,结果显示电机在永磁体弧度为21.4°,厚度为9 mm时,单位体积所能产生的平均电磁转矩取得最大值115 N·m;其次,采用对电机永磁体分块的方法,降低永磁体涡流损耗,并确定出永磁体分为3块效果最佳;最后,为了降低转子涡流损耗,利用分此外采用电镀方式改进了铜屏蔽层的局限性,更大幅度降低了电机转子涡流损耗。     

飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗

为了减小高速永磁电机中由定子电流的时间谐波、定子磁动势的空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的转子涡流损耗,提高电机的效率,采用ANSOFT有限元软件分析了高速永磁电机中气隙磁场和定子电流.研究了槽开口大小以及气隙长度对转子涡流损耗的影响,分析了利用涡流磁场的屏蔽作用,提出在永磁体外增加一薄层非导磁金属屏蔽环来减小转子铁心、永磁体和护套损耗的机理和有效性,以及屏蔽环的电导率和厚度对转子涡流损耗的影响.结果表明：在合理选取槽开口大小、气隙长度和非导磁金属屏蔽环电导率和厚度的情况下,添加非导磁金属屏蔽环可以有效地减小转子涡流损耗.     

永磁转子感应子式同步电动机的气隙磁场

本文提出了铝机壳永磁转子感应子式同步电动机的分布磁路线性模型。给出在轴向长度上气隙磁场分布的解析式,并用电阻网络模拟方法得到了和分析法相同的磁场分布。从理论分析得到的归一化曲线,可以用来计算电机轴向长度上的气隙最高磁密和等效磁阻。在设计这类电动机时,采用本文提出的设计判据,可以得到比较均匀的气隙磁场分布,从而可能进一步提高气隙平均磁密和改善电机的材料利用。     

轴向永磁涡流联轴器的安装误差分析

基于Ansoft有限元分析,对轴向永磁涡流联轴器的安装误差进行分析,包括轴向间距的变化对输出转矩和转速的影响,不同径向轴间距下转矩的变化,不同端面夹角下转矩和轴向力的变化.通过不同条件下的传递转矩与轴向力对比讨论,得到轴向永磁涡流联轴器安装误差的影响,以及所容许误差范围大小.笔者的研究方法与结论对轴向永磁涡流联轴器的设计与安装提供了参考.     

HB型电动机迭片铁心的影响及其对策

分析了ＨＢ型步进电动机迭步铁心对电机性能的影响,提出了等效模型修正法,及在转子永磁体两侧设置适当厚度的高导磁材料的块状轭铁和采用轴向补偿线圈等提高转矩的对策,并实验验证了方法的有效性。     

扇形绕组盘式力矩电机设计

为了提升盘式力矩电机转矩,提出采用PCB定子扇形绕组结构,对定子中扇形绕组的覆铜厚度、覆铜宽度、导体之间的最小距离等参数进行设计,对比普通轴向充磁与Halbach排布时气隙磁密的正弦性,确定永磁体转子的排布方式.根据计算所得的参数对电机进行建模,并使用Maxwell有限元分析仿真软件进行仿真分析,对比定子绕组形状为圆形绕组、梯形绕组、扇形绕组时电机的负载转矩大小.搭建实验平台,完成样机实验,仿真和实测结果表明扇形绕组定子结构的转矩优于其他结构形式.     

盘式同轴永磁减速器传动机理仿真分析

永磁减速器是利用永磁体之间的引力或斥力实现非接触式的力和运动传递的.通过有限元仿真,建立了盘式同轴永磁减速器低速侧气隙磁密轴向分量的分布曲线.通过对气隙磁密谐波静态结构、主动磁极转动时气隙磁密谐波的变化规律,以及磁密谐波与从动磁极磁力耦合过程的分析,从直观角度阐明了永磁减速器的传动机理.对气隙磁密的周期性变化过程进行了分析,探讨了从动转子输出静力矩中谐波分量的产生原因.     

发散型阶梯式磁流体密封的磁场有限元分析

阶梯式磁流体密封结构是一种在阶梯式迷宫密封基础上提出的用以提高普通磁流体密封耐压能力的新型密封结构.为了在阶梯式磁流体密封结构密封间隙内获得最大磁能积,在阶梯式磁流体密封理论的基础上,对一种具有二级磁源的发散型阶梯式磁流体密封结构进行了磁路设计,同时采用有限元法数值计算出密封间隙内的磁场分布从而计算出阶梯式磁流体密封耐压能力,并对计算结果进行了分析和讨论.结果表明:发散型阶梯式磁流体密封耐压能力随着径向密封间隙的增大而减小;永磁体与极靴结合处的漏磁是导致磁路法设计的发散型阶梯式磁流体密封结构耐压能力偏高的原因.     

一种Halbach阵列永磁轴承的磁力模型研究

为了解决Halbach阵列永磁轴承的磁力数学模型比较复杂的问题,基于分子电流法建立Halbach阵列永磁轴承径向磁力数学模型.通过公式计算及有限元仿真,分析Halbach阵列永磁轴承径向磁力解析式中各主要参数与径向磁力的关系.结果表明,Halbach阵列永磁轴承的径向磁力随着单元磁环厚度的增加而增大,但是增加到某一厚度后,磁力增大变缓,最后趋于某个特定值;Halbach阵列磁体径向承载力的解析式计算结果相对有限元软件分析结果的误差约为5%.理论研究与仿真结果表明,Halbach阵列永磁轴承的磁力数学模型具有直观的特点,可进行磁轴承优化设计.     

弱耦合径向磁力轴承的研究

针对在磁力轴承中各磁极之间的磁路存在磁耦合,影响转子的控制精度,给控制系统的设计带来一定的困难,以及完全消除磁耦合比较困难的问题,利用低频磁场在空气介质中随距离的二次幂衰减的特性,在结构上把各磁极之间的磁路断开,以削弱磁路之间的耦合。研究了两种弱耦合的径向磁力轴承在不同工况下的耦合特性,探讨了耦合机理和结构参数对耦合特性的影响,提出了弱耦合径向磁力轴承的耦合模型以及影响耦合特性的关键结构参数的选择准则。     

永磁直流电机电磁力的分析和参数预测

通过变量分析电机气隙中的电磁力得出电磁噪声的影响因素。首先对电机进行模态分析得出模态频率,然后运用Mawell2D对电机转子偏心、永磁体不同厚度等工况下进行静磁场分析,得出两者对电机气隙电磁力的影响,运用压电阻抗实验得出电机的模态频率验证模态仿真的结果,最后运用BP神经网络通过气隙电磁力实现对电机永磁体的厚度进行预测。结果表明：避免转子偏心、适当微调永磁体的厚度,可以有效地减小径向电磁力;BP神经网络可以通过气隙电磁力实现对永磁体厚度的识别。     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

汽轮发电机转子匝间短路时转子振动特性分析

考虑了实际运行的汽轮发电机普遍存在的偏心状态,对转子匝间短路引起的转子振动特性进行了机电耦联交叉特性分析。首先分析转子匝间短路时的气隙磁场变化特征,计算得到定转子间的气隙磁导和气隙磁场能的解析式,然后得到作用于转子的不平衡磁拉力的表达式,最终得到转子径向振动特征。该不平衡磁拉力不仅会增加转子工频振动,同时也会引起倍频和高频振动。并实际测试了SDF-9型模拟发电机匝间短路时转子振动信号,与理论分析结果基本吻合。