基于Ansys Maxwell的气隙边缘效应对电感参数的影响

鉴于气隙对高频磁性元器件的电气参数影响较大,本文建立应用于Boost电路的电感器模型,采用Ansys Maxwell有限元分析,研究了气隙电感气隙长度与布置对电感量与磁场强度分布的影响。结果表明：磁芯中添加合适的气隙,可以降低磁芯的磁密,增强其抗饱和能力,电感量有所下降。通过对比不同开气隙结构的磁芯模型,可以选用中、边柱底部开气隙的磁芯结构进行Boost电感设计,但需结合实际测试进行评估确定。     

气隙设计对电感绕组损耗的影响

开关电源中的电感，用高导磁材料作磁芯的电感都必须有气隙。由于在气隙附近存在扩散磁通，使绕组产生额外的损耗，所以电感绕组的损耗不同于变压器绕组。另外，由漆包线和铜箔构成的绕组，电感气隙位置对磁芯窗口内旁路磁通的影响是不同的，最终导致对电感绕组损耗影响的不同。本文针对开关电源中用铁氧体作磁芯的气隙电感，基于前人的研究成果，通过有限元分析软件，详细地分析了气隙设计对电感绕组损耗的影响。总结了减少绕组损耗的气隙布置方法和采用分布气隙应该遵守的准则。本文的工作对电感设计中减少绕组损耗具有实际的指导意义。     

大电流电感直流工作特性的改进

低压、大电流输出的电子设备要求直流滤波电感具有良好的直流工作特性.增大磁芯气隙可以明显地改善磁芯材料的磁化特性,扩大其恒导范围.本文通过分析气隙电感所存在的问题,在不改变滤波电感已有任何参数的情况下,采用在磁芯气隙中加入永磁体来产生反向预磁化,改变电感起始工作点,扩大磁芯的恒导工作范围,提高了电感的直流工作特性.测量结果表明这种方法具有较好的效果.     

高频薄膜微电感建模与耦合度分析

分析高频下薄膜微电感磁路磁阻的非线性,根据磁通分布情况建立了两相耦合跑道型薄膜微电感的磁路模型,结合磁路模型研究了跑道型薄膜微电感的磁芯中柱气隙大小、磁芯分层情况、工作频率大小、两相绕组间距大小以及边柱气隙大小对耦合度的影响,并运用Maxwell软件的仿真结果验证了理论分析的准确性。     

单相光伏逆变器输出滤波电感非线性分析及改进

在单相光伏并网逆变器中,为了降低逆变器输出电流的总谐波失真(THD)值及提高整机效率,需要滤波电感在轻载电流下有足够高的电感值,同时又能在重载电流下保持一定感量。为了解决这个问题,在单相光伏并网逆变器输出滤波电感中采用非线性电感方案。基于工程电磁场理论,运用有限元分析软件深入研究了台阶气隙非线性电感特性的产生机理,发现台阶气隙存在主磁芯局部饱和问题,且切割困难,在工程上难以实现。基于此对非线性电感结构进行改进,提出了一种新的非线性电感结构,与台阶气隙方案相比,改进型的非线性电感结构简单,便于工程实现。从理论上分析该方案的效果,最后仿真和实验验证了所提非线性电感的有效性。     

临界模式Boost功率因数校正电路中电感损耗的分析与比较

介绍了临界模式功率因数校正电路的工作原理和特点.通过对电感损耗的分析发现,高频电流在磁芯气隙附近产生的邻近磁场会在电感绕组上产生较大涡流损耗.避免在气隙附近绕线可以减少这种涡流损耗.根据绕组分布方式不同设计了5个电感,应用于200W的PFC样机上,通过实验比较,验证了这种新的绕组布置方法的优越性.     

Maxwell有限元仿真分析在差共模电感一体化磁心设计中的应用

以一款异型差共模一体化磁心为对象,采用Maxwell有限元电磁仿真软件,对用传统磁路参数的方法难以评估的开路电感和短路电感进行了仿真分析,对中柱气隙对两种电感量的影响进行了讨论。结果表明,利用仿真分析可以很好地模拟器件的磁场分布,得到准确的开路电感和短路电感参数,可以很好地指导磁心方案设计,缩短研发时间,降低研发成本,提高研发效率。     

一个常用错的电感计算公式

作为电磁能量转换用的电感元件,在电路中经常使用,特别是在不同频率的电子电路中更是常见。为了缩小电感元件的体积,增加电感量,还在电感元件中装入磁芯一具有高导磁率的磁性材料。由于磁性材料导磁率的非线性,给具有磁芯的螺线管电感计算带来困难,至今尚无一个比较稳妥、准确通用的计算公式。不少科技书籍或高校教材中,把空心螺线管的电感计算公式引伸到具有磁芯的螺线管的电感计算,例如《实用电子计算公式》、《自动检测技术》、《电子电路实验》等科技书或高校教材中,都给出了下面螺线管的电感计算公式:     

交错并联变换器中无气隙集成磁件耦合度研究

集成磁件的耦合度影响着交错变换器的稳态和瞬态性能。论文提出了可以改变耦合度的平面集成磁件．分析了磁芯在没有气隙的情况下改变电感耦合度的原理,给出了耦合电感耦合度和磁芯设计的数学表达式。利用磁场仿真分析软件比较了不开气隙集成磁件和传统集成磁件的电感量、耦合度和绕组损耗,结果表明不开气隙集成磁件比传统集成磁件具有诸多优点。...     

台阶气隙对电感非线性特性影响分析

台阶气隙结构有助于提高功率滤波电感的初始电感量,从而调整功率电感的非线性特性,提高开关电源轻载特性。通过电磁场有限元分析对此进行了深入研究,从磁通分布角度深入研究了台阶气隙对非线性特性控制的作用机理及影响,为设计电感量能随指定负载而变化的台阶气隙电感提供设计指导。     

永磁无刷直流电机空载气隙磁场和绕组反电势的解析计算

该文利用许－克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数，该气隙相对比磁导函数反映了齿槽效应对气隙磁场分布的影响，且这种影响的程度随气隙中的径向位置而变化，在忽略铁心饱和的情况下，结合偏微分方程的解析算法，提出了一种考虑齿槽效应的永磁无刷直流电机空载气隙磁场分布和相绕相反电动势的解析计算方法，计算结果与二维有限元计算结果对比，其计算波形和大小吻合很好，证明此方法是正确的、可靠的、为永磁无刷直流电机优化设计和性能分析提供了基本分析手段。     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

Fundamental study of high Q‐factor RF spiral inductor using carbonyl‐iron/epoxy composite magnetic core

In order to increase the Q‐factor of an RF spiral inductor used in the RF front‐end circuit of smartphone handsets, we introduced a carbonyl‐iron/epoxy composite magnetic core in the air‐core spiral inductor. The composite magnetic core, which was made by metal‐mask printing, consisted of carbonyl‐iron powder of 1.1 μm mean diameter and an epoxy resin matrix. We found that the 45 vol.% CIP composite magnetic core had a saturation magnetization of 0.9 T, relative permeability of ∼6, and loss tangent (tan δ) of ∼0.2 at 1 GHz. A two‐turn copper spiral inductor fabricated with the composite magnetic core filled only in the spacing between the conductor lines showed a clear Q‐factor increase of ∼29% compared to the air‐core spiral inductor at 1 GHz. Thus we obtained a substantial increase in the Q‐factor by the embedded composite magnetic core in the spacing between the conductor lines. The main reason for this is that the magnetic flux passing through the conductor lines was decreased by the magnetic core embedded in the spacing between conductor lines as a result of the magnetic flux passing mainly through the embedded magnetic core. Therefore, proximity effect is suppressed in the conductor line of the spiral coil. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

双边空心式永磁直线伺服电机的空载磁场分析

针对双边空心式永磁直线伺服电机推力波动受到气隙磁场影响的问题,研究该电机空载气隙磁场的分析求解方法。采用等效磁化强度法对双边空心式永磁直线伺服电机的气隙磁场进行求解,推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式。将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证解析法的计算结果的准确性。根据气隙磁密的解析公式,分析了3个主要尺寸——永磁体宽度τm、永磁体高度hm和气隙高度δ对空载气隙磁场的影响。分析表明,永磁体高度hm和气隙高度δ主要影响电机气隙磁场大小,对磁场谐波含量影响较小,而永磁体宽度τm对磁场的大小和谐波含量的影响都很显著。通过对永磁体宽度τm的优化设计,可以有效改善电机气隙磁场分布的正弦性,从而减小电机的推力波动。     

混合磁路多边耦合电机的基础研究

In PM inductor electric machine, because of the influence of the space between laminations, the air-gap magnetic field produced by the axially magnetized permanent magnet is very uneven along axial direction, which limits the torque per iron core length and volume to performance ratio. The paper puts forward a hybrid-magnetic-circuit multi-couple electric machine that compensates for the uneven air-gap magnetic field of the hybrid stepping motor. Analysis and experiment show that the static torque of hybrid-magnetic-circuit multi-couple electric machine is much higher than that of the hybrid stepping motor of the same volume.     

磁性槽楔对高压感应电动机电磁参数和性能的影响

针对传统方法很难定量分析磁性槽楔对电机性能影响的缺点,提出采用场-路-运动耦合时步有限元分析磁性槽楔影响的方法.以一台使用磁性槽楔的710 kW的高压感应电机为例,通过建立二维瞬态场数学模型,准确计算了气隙磁密分布、槽漏抗及附加损耗等电磁量,并在此基础上,深入分析磁性槽楔相对磁导率的变化对电机电磁参数、相电流、转矩和径向电磁力等的影响.计算结果表明,磁性槽楔可以有效减小气隙磁密中的谐波含量,降低表面损耗和径向电磁力波.     

磁性胶填充型电感器研制

作为储能和滤波元件的电感器有屏蔽型和非屏蔽型两种结构。针对非屏蔽型结构电感器存在漏磁气隙这一缺陷,研究工作就是要找到适合于填充漏磁气隙的磁性胶。通过材料筛选、配方比例选择及填充试验,制作出了磁性胶填充型电感器。测试结果表明,在没有增大体积和保证一定额定电流的条件下,填充磁性胶使得非屏蔽型电感器的电感量提升了20%~30%。     

考虑定子外壳漏磁的同极式永磁偏置径向磁轴承磁路模型

同极式永磁偏置径向磁轴承的永磁偏置磁场在定子外壳内形成较大漏磁,而且外壳的有效面积相对工作气隙较大,即使在铁心与外壳间加入隔磁层的情况下,漏磁仍不可忽略,必须进行准确计算。首先直接求解拉普拉斯方程获得隔磁层内的磁场分布,并结合保角变换计算漏磁区域的端部效应,然后求解工作气隙的永磁偏置磁场和电励磁控制磁场,最后建立完整磁路模型和电磁力解析模型。三维有限元仿真结果表明,所建立的磁路模型能准确计算磁轴承工作范围的电磁参数。依据飞轮储能系统的总体需求,设计了径向磁轴承系统,实验结果验证了所建立解析模型和有限元模型的准确性。     

一体化成型电感铁粉心软磁复合材料研究进展

一体化成型电感是具有小体积、超薄和大电流下应用的新型功率电感器,对其制备材料的研究主要集中在铁粉心软磁复合材料上。分析了一体化成型电感的国内外研究和生产状况及其对铁粉心材料的要求。综述了铁粉心材料的理论、实验研究进展,分析了现行一体化成型电感用铁粉心材料研究中的不足,指出了一体化成型电感用铁粉心材料的研究重点是提高其磁导率。最后展望了铁粉心材料未来的发展趋势。     

磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电动机参数的三维场计算方法

磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电机具有大气隙、小长径比的结构特点．采用ANSYS有限元软件对电机进行了三维场建模分析。提出了一种针对该种电机三维场的等效气眯磁通密度计算系数和等效漏磁系数的计算方法。实际电机的实验结果表明．用这一方法计算的电机设计参数具有足够的精度．能够满足工程实际需要。