基于周期性半模型的中低速磁浮用直线电机的性能计算分析

中低速磁浮列车直线感应电机磁路不对称且受纵向及横向边端效应的影响,性能计算困难。文章分别采用磁路法、二维有限元法及三维有限元法进行了直线电机的牵引力及法向力计算,在全模型三维有限元仿真基础上提出采用周期性半模型有限元仿真方法进行电机性能仿真,并搭建了中低速磁浮列车直线电机静态测试平台进行测试验证。通过对比测试发现,周期性半模型三维瞬态有限元仿真测试的牵引力与平台测试结果偏差3.9%,与全模型有限元仿真结果一致;但与全模型方法相比,采用周期性半模型方法的计算时间可缩短约40%,这样既兼顾了电机特性计算的准确性,又提高了计算速度。基于周期性半模型方法可以在直线感应电机设计阶段实现计算的最高准确性,从而降低直线感应电机因无法进行台架性能测试所带来的设计风险。     

超磁致伸缩作动器有限元建模与磁场分析

超磁致伸缩作动器(GMA)是一种新型的振动控制驱动器件,其内部磁场比较复杂。通过建立GMA的有限元模型,分析GMA内部磁路的开闭路对超磁致伸缩材料(GMM)棒磁场的影响,对GMA的导磁上下盖、导磁内壁和导磁体所用材料进行参数优化设计。根据优化的参数制造GMA,采用高斯计测量GMM棒外径轴向磁场分布。研究表明,GMA磁场分布的有限元分析与实验结果一致,GMM棒轴向磁场强度满足设计要求,磁场均匀性较好。     

电动汽车用永磁轮毂电机的小型化设计

本文提出一种用于电动汽车的永磁轮毂电机,在理论分析和仿真研究的基础上,研制了一台2k W的小型化样机,并对样机进行了基本实验测试,结果验证了该轮毂电机的可行性,并证实其采用Halbach永磁阵列后,电机空载反电势及电磁转矩比普通径向充磁方式型高出很多,为大功率原型电机的制造提供了保障。     

施工阶段大跨径预应力混凝土刚构桥腹板开裂机理

进行了大跨径预应力混凝土刚构桥腹板开裂机理研究,基于弹性力学平面问题分析方法,推导了集中荷载作用下的板件应力函数表达式,绘制了不同受压边长与集中荷载长度比(d/a)下的横向应力曲线,拟合了集中荷载作用下构件的横向应力求解函数,构造了混凝土刚构桥腹板在预应力集中荷载作用下等效压力矩形的选取方法,并基于平面应力的表达式提出了在三维情况下沿预应力轴线的横向应力计算方法。通过建立某预应力混凝土刚构桥0~3#段实体有限元模型,分析施工过程中刚构桥混凝土腹板在不同等级预应力作用下的开裂情况。结果显示:有限元裂缝模拟与实桥腹板开裂范围一致,有限元应力分析结果下限值与推导的横向应力求解函数计算结果接近,变化趋势一致,印证了横向应力函数求解方法的正确性。     

非均匀磁极盘式无铁心永磁ISG电机设计与分析

为了提高集成式起动-发电机(ISG)的输出特性,降低电机成本,利用Halbach阵列永磁体理论,结合盘式电机三层叠式绕组技术,提出非均匀极弧长度Halbach盘式无铁心永磁ISG电机。首先,分析了电机结构及特点和电磁场计算过程。其次,以电机气隙磁场分布作为设计指标,利用三维有限元分析软件对电机的永磁体极弧比例、电枢直径比、转子轭部厚度等结构参数进行参数化优选。与预估结构参数对比表明:优选后电机永磁体主副磁极比例为5∶2∶1∶2时,气隙磁密基波幅值提高了9.72%。三层叠式绕组可增加线圈有效边长度,提高气隙磁场利用率,感应电动势平均值增加了8%。     

磁啮合双转子永磁电机齿槽转矩分析

齿槽转矩是有槽电机的一个固有问题,在电机设计和制造中必须削弱或消除齿槽转矩。本文基于ANSOFT Maxwell软件对磁啮合双转子永磁电机建立仿真模型,分析不同电机参数对齿槽转矩的影响,研究磁啮合电机齿槽转矩影响因素,减小齿槽转矩,降低干扰。综合磁啮合双转子永磁电机齿槽转矩的影响因素,选择合适的电机参数建立三维模型,把三维模型加工成样机,对样机进行实验台的搭建与齿槽转矩的测试,测试得到的齿槽转矩的数值很小。研究表明,选择合理的方法可以有效抑制磁啮合电机的齿槽转矩。     

汽车用发电机定子与转子尺寸匹配研究与实验分析

针对汽车爪极发电机设计时定子与转子在径向和轴向的尺寸匹配问题,以1台四相24槽电励磁无刷爪极发电机为例,运用三维有限元软件对发电机定子与转子在不同尺寸匹配时的模型进行磁路、气隙磁密以及容错运行状态的仿真分析。根据仿真结果制作样机进行实验,实验验证表明,定子厚度超出爪极有效长度2~4mm时,可以充分利用发电机定子材料,电机具有较高的功率密度;气隙长度为0.3mm时,发电机电枢反应适中,且漏磁系数较小,发电机综合性能最好;与传统三相发电机相比,该发电机在单相故障状态下,经自身调节后输出性能仍然符合设计要求,可靠性高。     

考虑磁路交叉耦合效应的永磁同步电机参数计算分析

永磁同步电机凭借其性能优势在多个场合广泛应用,而准确计算电机在不同磁路饱和程度时绕组的直轴、交轴电感和永磁体的磁链等关键参数,是永磁同步电机的高性能控制的关键。但是,在永磁同步电机的磁路交叉耦合效应影响下,绕组电感、永磁体磁链等参数的非线性特性显著,利用传统方法难以准确计算。基于有限元法,考虑电机磁路的交叉耦合效应,计算了内置式永磁同步电机在不同磁路饱和程度时的绕组交直轴电感和永磁体磁链,通过傅里叶分解对参数变化规律进行拟合并得到拟合多项式,通过三维插值多项式系数,并与有限元仿真结果对比验证了该方法的有效性,该方法能大大降低考虑磁路交叉耦合效应时参数表达难度,为高性能永磁电机控制系统的研究奠定了基础。     

响应面法的杆式超声电机有限元模型修正

现有杆式超声电机的有限元模型大都采用连续复合材料的简化结构形式,忽略了实际超声电机各部件间的接触特性,导致计算结果与实验结果具有较大偏差。针对该问题,提出了一种采用响应面法的杆式超声电机有限元模型修正方法,来获得高精度的有限元模型。该方法考虑了超声电机螺栓预紧力及各部件接触界面的法向接触刚度和摩擦系数,筛选出显著影响电机工作模态的参数,建立响应面模型替代超声电机的有限元模型实现快速计算结构响应的目的,并以实验模态分析结果为目标对模型进行修正。修正结果表明,修正后的模型模态频率的平均误差由修正前的1.20%降到0.21%,模型精度得到明显改善,表明以响应面的有限元模型修正方法对杆式超声电机以及类似夹心式压电振子的设计具有应用价值。     

基于Ansoft在“电机学”课程教学中应用

为了使学生更好地学习"电机学"这门课程,在"电机学"的教学中引入Ansoft有限元软件建立虚拟电机模型,使学生能够更加深刻地理解电机的结构及其原理。首先,引导学生学习Ansoft软件的功能和各个模块的应用,文章根据已有的一款表贴式三相永磁同步电动机的参数,建立虚拟电机模型,利用Maxwell 2D模块进行有限元分析,得到该电机的定子、转子磁场的磁力线、气隙磁密和铁心损耗等相关性能数据。通过建立虚拟电机模型可使学生的抽象思维能力得到提高,更好地理解电机学和电磁场相关的理论知识,改善教学效果。