一种新型永磁直线振动发电机的设计与仿真研究

设计了一种新型永磁直线振动发电机,减小了动子与定子间的磁力。利用有限元仿真软件对所设计永磁直线振动发电机结构进行了优化。仿真结果证明:外壳采用导磁性能较好的硅钢材料、永磁体选用钕铁硼材料时,发电机输出电动势更高;随着永磁体厚度的增加,动子与定子间距的减小,输出电动势有效值逐渐增大;随着永磁体宽度的增加,输出电动势会出现一个极大值。最终确定外壳选用硅钢材料,永磁体选用钕铁硼材料,永磁体尺寸为100 mm×26 mm×5 mm,动子与定子距离为4 mm。在振动频率为1 Hz、振幅为30 mm的正弦位移激励下,发电机的输出电动势有效值为4.190 8 V,可输出最大功率为0.215 2 W。     

热声系统混合磁路永磁直线发电机电磁分析

针对热声系统,提出了一种混合磁路永磁直线发电机的设计方案。定子采用旋转电机结构,动子采用纵向横向混合磁路结构,动子轴向往复运动产生感应电动势。有限元法分析结果表明,电机达到常规电机的电磁负荷,且纵向磁场对反电势影响很小。该型发电机结构简单,工艺性好,更适合于热声发电系统应用。     

基于粒子群算法的直线振动发电机优化设计

设计了一种新型圆筒式永磁直线振动发电机,电机中永磁体放置在绕组外侧,内部通过放置铁心来增大感应电动势的幅值。其结构简单,尺寸多变,可将原来损失的小幅振动能量转化为电能,为小型设备提供低压直流。通过二维有限元对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统的分析,得到一系列电机感应电动势与电机尺寸间的变化规律,并以有限元分析结果为基础,结合粒子群优化算法,归纳出通用的优化设计准则和公式。优化结果表明,为了得到更高的材料利用率,应取较大的永磁体外径,且样机实验和有限元分析结果吻合良好。     

基于永磁形状的BLDC永磁电机转矩分析与优化

无刷直流永磁电机因节能高效、便于使用等优势而受到广泛关注。然而,该类电机通常因空载感应电动势波形不理想而具有转矩脉动较大等问题。以24槽4极无刷直流永磁电机为例,基于气隙磁场调制理论分析了转子永磁型无刷直流电机的空载感应电动势等电磁特性,以磁场调制原理中的永磁初始磁动势源为切入点,探讨影响电机空载感应电动势波形系数的因素并揭示感应电动势形成的内在机理。首先,针对24槽4极传统转子永磁无刷直流电机的运行原理和空载气隙磁场进行分析,并根据得出的结论采取永磁体谐波削极的方式优化电机空载感应电动势波形系数,最后通过仿真验证了理论分析和优化方案的合理性。     

自由活塞内燃机用直线发电机的设计与分析

自由活塞内燃发电机是一种新型动力装置,该装置中直线发电机的动子运动规律受缸内燃烧状况的影响,动子不同运动规律及永磁体充磁方式均会影响直线发电机的性能。运用有限元法分析动子不同运动规律及永磁体不同充磁方式下直线发电机的空载及负载特性。分析结果表明,匀速运动下感应电动势正弦波形畸变率最小。相同极弧系数下,径向充磁方式下空载定位力幅度比轴向充磁更大、空载反电动势正弦波形畸变率更小。相同负载下,径向充磁方式下的输出功率及动子所受的电磁力均比轴向充磁大。     

轴向磁通空气心永磁同步发电机的谐波抑制

通过改善永磁体形状为正弦形,优化轴向磁通空气心永磁同步发电机的电动势波形。利用解析法计算正弦形永磁体的轴向磁密分布。通过有限元软件分析、比较了不同极弧系数情况下正弦形永磁体结构电机的磁密分布和电动势波形。最终得出结论:对于正弦形永磁体,随着极弧系数的增大,电机气隙磁密波形以及电动势波形的总谐波失真度逐渐减小,波形更加趋近正弦波形。     

基于Magnet的永磁同步发电机设计

基于Magnet有限元分析软件,设计了额定功率为10 kW的永磁同步发电机。对永磁体平行和径向两种充磁方式所产生的气隙磁动势进行了静态磁场分析。通过采用不均匀气隙和永磁体平行充磁的方法,消弱了气隙磁动势谐波,改善了发电质量。对电机空载电动势波形进行了谐波分析,并对发电机的阻性负载特性进行了仿真分析。结果表明该方案设计合理,满足各项性能指标要求。该研究结果对永磁同步发电机的工程应用具有一定的参考价值。     

无铁心永磁同步直线电机电磁-热-应力耦合分析

无铁心永磁同步直线电机提高推力密度的方案之一是增大动子电流,但增大动子电流会导致动子发热增加。长时间工作于高温状态有可能引起永磁体退磁发生形变,降低电机工作精度等严重后果。因此,研究无铁心永磁同步直线电机的磁热耦合对直线电机的影响具有重要意义。通过解析法和有限元法相结合分析计算得到电机的永磁体磁场分布。同时针对电机的温度场,应力场耦合分析。基于有限元法从温度场设计方面对该电机进行磁热耦合分析,给出电机温度场分布图和温升情况,以及磁热耦合密度云图。利用高斯计等仪器组成的实验平台,监测电机在运动过程中的温升情况以及磁场变化。为下一步冷却结构和流体的设计研究提供依据。     

新型横向磁通热声直线发电机定位力研究

为了实现直线发电机与热声发动机的匹配,使系统运行在谐振状态,以提高热声系统的输出电功,提出一种新型的横向磁通直线发电机结构.通过理论分析得到了该电机的定位力与动子位移的关系,同时分析了气隙宽度、永磁体厚度和永磁体轴向长度等电机结构参数对定位力的影响.有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

金属支撑套对开槽永磁直线电动机推力的影响

为了适应高速运行并抵抗法向吸力,电磁弹射用直线永磁无刷直流电动机的永磁体动子安装了铝支撑套,但电机定子的开槽结构会在铝套内引起涡流,对动子形成阻力.解释了开槽结构引起铝套涡流的原理,给出了涡流阻力计算公式,分析了涡流阻力的性质,得到了涡流阻力与动子速度的关系,从而确定了铝支撑套对直线电动机推力的影响.最后指出,电机可以采用半闭槽结构来有效削弱这类涡流阻力.     

Cylindrical linear pulse motor with interior permanent magnet mover

The advantages of the conventional cylindrical linear pulse motor (C-LPM), which has a ring permanent magnet between the A- and B-phase stators, are its simple magnet shape and small motor diameter; the disadvantages are the thrust imbalance resulting from the magnetic flux path of the outer poles being longer than that of the inner poles. This thrust imbalance decreases the pull-in thrust and increases the positioning error. In this paper, a new C-LPM with an interior permanent magnet mover which reduces this thrust imbalance is proposed. Steady and dynamic thrust are also examined and a magnetic equivalent circuit is discussed. It is shown that a C-LPM with an interior permanent magnet mover effectively improves the thrust imbalance and the dynamic thrust     

圆筒型永磁直线发电机的结构优化与特性分析

提出了一种基于Halbach阵列结构圆筒型永磁直线发电机的设计方案,详细阐述了该发电机的结构和工作原理,并且采用有限元法对发电机进行电磁分析。通过改变永磁体尺寸、比例系数以及定子齿宽等参数,得到并分析其对发电机反电动势之间的影响,进行电机优化设计。根据优化后的发电机对其负载特性进行了研究。应用冻结磁导率方法求取了电感参数,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的设计提供了理论依据。     

新型混合励磁永磁同步电机齿谐波电动势的协调控制

对于利用齿谐波磁场来励磁的混合励磁永磁同步电机,希望转子齿谐波绕组中感应的用来励磁的齿谐波电动势足够大,而定子电枢绕组中感应的影响电动势波形的齿谐波电动势尽可能小。为了实现这一目标,分析了齿谐波电动势产生的机理,找到了影响定、转子绕组齿谐波电动势大小的主要因素,并进行了详细的讨论,得出了一些实用的结论。最后,对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了理论计算和实验,计算结果和实验结果的比较验证了理论分析的正确性。     

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。     

直流偏磁情况下的定子永磁电机铁耗计算

提出了一种直流偏磁情况下的定子永磁电机铁耗计算方法。由于电机的特殊型结构以及逆变器供电等原因,定子永磁电机内部会存在直流偏磁现象。为此,首先使用爱泼斯坦方圈在不同交流磁密幅值情况下,进行了偏磁实验研究。基于实验数据以及传统偏磁铁耗模型,提出了一种考虑磁密幅值的偏磁铁耗计算模型。该模型能够较好地描述不同磁密幅值情况下直流偏磁对铁耗的影响。最后将该模型应用于电机铁耗计算,并与传统模型进行对比;电机损耗实验结果验证了该模型的可信度。     

Characteristic analysis and trial manufacture of permanent‐magnetic type linear generator

This paper describes the design and trial manufacture of a linear generator which can convert any mechanical vibration of an automobile to electrical energy. A mover, which includes permanent magnets, is linearly driven through a stator by vibrations. The Nd‐Fe‐B magnets in the mover are placed facing the same magnetic poles in order to produce a change of magnetic flux in the coils of the stator. The coils are placed in the stator with the same intervals as the magnets. Successive coils are wound in opposite directions and are connected in series. A magnetic iron core covering the stator makes the magnetic flux extend through the case and reduces flux canceling in the coils of the stator. The distribution of the magnetic field, the electromotive force, and the driven power of the mover were calculated by numerical simulations in order to determine the size of the linear generator. A linear generator and experimental apparatus were built on the basis of the simulation. The performance characteristics were tested in experiments, and the produced linear generator was confirmed to be useful as an onboard auxiliary power supply. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(3): 94– 100, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20751     

应用新型Halbach阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机性能分析

本文针对定子为印刷线路板（printed circuit board,PCB）结构的轴向磁通永磁电机的特点,将一种新型的Halbach永磁体阵列应用于该永磁电机中,并对其性能参数进行分析。通过与传统Halbach永磁体阵列的无铁心轴向磁通永磁电机相比可知:应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机在相同尺寸及同等永磁体用量条件下,具有更高的气隙磁密及每极磁通,可获得更高的空载反电势,同时有效地降低了漏磁,使得气隙磁密更接近正弦波,电机的整体性能得到了提升。有限元分析结果和样机的对比试验证明了应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机的合理性和有效性。为PCB定子轴向磁通永磁电机的设计提供一定的参考。     

新型双定子混合励磁风力发电机三维有限元分析及实验研究

提出一种新型双定子混合励磁风力发电机,分析电机的结构特点及工作原理,计算电机的空载磁场分布、静态特性及空载特性,并对样机进行实验研究。基于三维有限元方法,采用ANSYS软件计算了电机的空载磁场分布,得到了空载内外定子电枢绕组磁链、内外定子电动势及合成电动势;根据磁链法分别计算了电枢绕组和励磁绕组电感等参数;分析了电机额定转速400 r/min时的空载特性。理论分析与实验结果表明：采用双定子的电机结构可使电机空载相电动势比相同条件下的单定子电机增加约23%;通过调节励磁电流,发电机相电动势在90~110 V之间变化。由圆套筒型整体永磁体组成的串联磁路并设置2个定子的新型电机结构可有效地提高低速电机的发电能力;双定子混合励磁风力发电机具有较好的调磁性能。     

分段式永磁直线同步电动机动子位置(功角)和速度的测量

提出了一种连续的分段式永磁直线同步电动机位置(功角)和速度的检测方法.通过在各段电动机的边端槽中附加传感线圈检测动子在运行过程所感应的空载电动势,从中解出动子的位置(功角)和速度.侧重叙述了位置(功角)和速度的测量原理,电枢电流在测量绕组中产生的互感电动势的消除方法,以及试验结果分析.