磁场调制式磁力齿轮及其有限元计算

为避免机械齿轮振动,或要在分开物体间传递力矩,可以采用磁力齿轮传动装置。设计该磁力传动装置时需要对其设计参数进行精确计算。在电机设计时,使用有限元方法对一种大力矩磁力齿轮——磁场调制式磁力齿轮进行了磁场计算,为设计该磁力齿轮提供了有力的工具。     

轴向磁场调制型磁力齿轮的设计方法

分析轴向磁场调制型磁力齿轮运行机理,提出轴向磁场调制型磁力齿轮定子与转子关键部件的设计方法,从理论上阐述了定子厚度对磁力齿轮运行性能的影响;定子铁心硅钢片采取径向叠压方式可以最大程度地抑制定子铁耗;永磁体采取分块结构,可大幅降低磁钢涡流损耗.运用三维有限元仿真分析方法验证设计方法的合理性和可行性.样机试验进一步验证了仿真方法的正确性.     

双磁场调制磁齿轮电机磁场调制机理研究

针对双磁场调制磁齿轮电机耦合机理复杂、建模困难的问题,采用有限元法对双磁场调制磁齿轮电机各个端口的电磁特性进行分析,得到内、外转子以及电枢绕组之间的磁场耦合关系,建立基于内、外转子位置的双d-q旋转坐标系。分析双磁场调制磁齿轮电机稳定运行时内外转子的磁场相位关系,并采用叠加定理将双转子磁场模型进行化简。根据双磁场调制磁齿轮电机内部3种不同的磁场调制行为,内、外转子及电枢绕组在不同相位下的磁场耦合关系列写出双磁场调制磁齿轮电机的电磁方程,进一步推导得到反电动势与内外转子位置的变化关系,利用有限元求解双磁场调制磁齿轮电机在内、外转子不同转速及不同磁场相位差下的反电动势特性,与实验结果相比较,验证理论分析的正确性。     

同心式磁力齿轮磁场及转矩全局解析法分析

准确计算磁力齿轮电磁转矩是设计、分析磁力齿轮的关键,采用二维全局解析法计算同心式磁力齿轮气隙磁场。求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,3类子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系。得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,有利于方便、快速、精确地计算任意转子位置的电磁转矩。计算了内外两层气隙磁场和内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场全局解析法分析

针对Halbach阵列同心式磁力齿轮这种内外转子非接触传递的传动装置,运用全局解析法对磁力齿轮内外两层气隙磁场进行分析计算.求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,各子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系.得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,并用计算了内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性.     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场分析与优化设计

采用二维全局解析法计算Halbach阵列同心式磁力齿轮气隙磁场。求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,3类子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系。得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,有利于方便、快速、精确地计算任意转子位置的电磁转矩。气隙磁场波形与二维有限元法计算波形较吻合。与径向充磁相比,Halbach阵列充磁方式所得转矩更大,且更接近正弦。运用Matlab优化工具箱中的遗传算法对Halbach阵列同心式磁力齿轮某些参数进行优化,试验结果表明计算值与测量值较为一致,证明了所提方法的正确性和有效性。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮参数分析与优化设计

直驱式同心式磁力齿轮在低速大转矩领域有广泛的应用前景。为获得较正弦分布气隙磁场,所用永磁体采用Halbach阵列充磁,用二维全局解析法计算同心式磁力齿轮磁场分布;分析了调磁环铁心宽度、调磁环高度及外转子轭部厚度等参数与磁力齿轮最大静态转矩之间的关系。磁场全局解析法计算结果与有限元分析结果一致性较好,验证了解析模型的正确性;根据参数分析结果,制作了一台内转子4对极、外转子17对极的Halbach阵列同心式磁力齿轮样机,样机试验结果表明,合理选择结构参数可以提高磁力齿轮的转矩密度,对磁力齿轮的设计提供一种有益参考。     

轴向磁场调制型磁力齿轮设计与验证

与传统机械齿轮箱不同,轴向磁力齿轮采用电磁变级变速原理,使得输入端和输出端之间无机械接触,具有无磨损、不需润滑、免维护等优点.采用二维动态场与三维静态场有限元法设计了磁力齿轮,样机试验数据比较表明,该有限元算法准确,样机设计合理可行.     

轴向磁场调制型永磁磁力齿轮及其电磁性能分析

介绍了新型轴向磁场调制型永磁磁力齿轮的工作机理.根据样机技术指标和设计方案,采用二维动态场的双转动域与三维静态场的时步有限元法计算其电磁性能.与样机试验数据进行比较,验证了样机设计的可行性和合理性,同时验证了有限元算法的准确性.     

双磁场调制磁齿轮转矩能力增强特性分析

磁齿轮能够实现低速大转矩输出。为了进一步提高同轴磁齿轮的输出能力,提出一种双磁场调制磁齿轮拓扑结构。双磁场调制磁齿轮将传统的表贴式同轴磁齿轮低速转子侧的转子轭用辅助调磁环代替,结构上包含2个转子,2个调磁环和3层气隙。分析双磁场调制磁齿轮的工作原理,采用有限元法,对新增调磁环的尺寸进行了优化。对比分析双磁场调制磁齿轮和传统表贴式同轴磁齿轮的磁场分布和传动转矩。不同传动比下,双磁场调制磁齿轮的转矩能力普遍高于传统表贴式同轴磁齿轮。当传动比为7.5时,双磁场调制磁齿轮的低速转子最大输出转矩达到70.81N·m,与相同尺寸的传统表贴式同轴磁齿轮相比,转矩能力提升了54%。稳定运行时,双磁场调制磁齿轮的低速转子转矩脉动有所增大。     

传统充磁与正弦充磁磁齿轮磁场分布及转矩特性对比分析

为提高磁场调制式磁齿轮的转矩密度,改变传统充磁方式,分析了一种正弦充磁磁齿轮。利用Ansoft软件构建了两种充磁方式磁齿轮的有限元模型,在静态模型下分析了两种磁齿轮的磁力线分布,计算了内外层气隙磁通密度,获得了内外层气隙磁密的各主要谐波;计算了模型中内外转子的静态转矩和稳态运行转矩。对两种充磁方式磁齿轮的气隙磁密、谐波以及转矩进行了比较,结果表明在同体积下正弦充磁磁齿轮具有较小的谐波含量和较高的转矩。     

同轴式磁力齿轮试验样机的参数优化与设计改进

针对一台传动比为-15/7的同轴式磁力齿轮试验样机存在转矩密度偏低的问题,运用二维有限元法分析调磁极片的径向齿高、相对齿宽、连接桥位置及内外磁体充磁方式、磁体体积对转矩密度的影响,从而来寻找提升转矩密度的措施。结果表明,在不增加制造成本的前提下,通过改进调磁极片和磁体的相关参数使转矩密度提升43%,磁力齿轮外径缩小7.5mm。     

圆筒式永磁联轴器磁场仿真分析及结构优化设计

为确保乏燃料后处理厂混合澄清槽搅拌装置的永磁联轴器长期安全可靠运行,对永磁联轴器进行磁场仿真分析及结构优化设计。采用有限元方法建立三维磁场仿真模型,建模过程充分考虑联轴器的实际运行工况。首先,考察磁极对数、磁极厚度、磁场气隙、磁转角对磁转矩的影响。其次,通过温度场仿真分析考察转速对联轴器温升的影响。最后,以降低联轴器的隔离套温升为目标,对其进行结构优化设计并进行仿真分析。结果表明:优化结构的隔离套温升得到明显减小。控制联轴器温升可有效降低永磁联轴器退磁失效风险。研究成果可为同类型联轴器设计提供参考。     

非晶纳米晶可控电抗器三维磁场分析

采用有限元软件Magnet对单相非晶纳米晶可控电抗器进行了三维有限元仿真。通过建立三维简化模型、对其在不同电压下进行三维时谐场分析,获取了控制特性数据及三维磁场分布。仿真与实验结果表明,磁场分布的数值计算与控制特性的实验相符合。该方法有助于精确了解非晶纳米晶可控电抗器的内部磁场分布和控制特性,对电抗器的工程设计与运行分析具有有益的理论指导与实践参考价值。     

基于磁齿轮调制的复合电机有限元分析

为了降低机械损耗,获得高转矩密度电机,研究了一种磁齿轮复合电机,该电机充分利用磁场调制型磁齿轮内部空间,将磁场调制型磁齿轮和永磁电机复合在一起。利用有限元软件建立磁齿轮复合电机二维有限元模型,分析了电机磁力线分布、气隙磁密及对应的傅里叶分析、感应电动势、稳态运行转矩、齿槽转矩等特性。仿真结果表明,此类复合电机磁力线分布均匀,气隙磁密对应的最大谐波次数符合设计要求,三相反电动势对称性好,内外转子转矩比与传动比一致,齿槽转矩较小。与传统永磁电机相比此类电机有很好的转矩传输比和较高的转矩密度,具有很好的应用前景。     

考虑磁阻率张量的三维磁场有限元分析

在变化的磁场中,磁材料的磁阻率表现为一个三维二阶张量。在数值计算过程中通常把这个张量简化为标量或矢量,但在对计算精度要求比较高的时候,这个张量就应该被充分考虑。本文针对磁阻率张量,结合六节点三棱柱单元,推导了相应的有限元方程组。在新方程组中磁阻率张量中的非主对角线元素得以充分体现。基于这个方程编写了有限元计算程序,并利用有限元软件Femap做前处理与后处理,实现了对三维磁场的有限元分析。仿真结果表明,当磁阻率张量被设为不同形式时,磁场的分布会有一定程度的变化,且张量中各个元素所起的作用亦不相同。     

Halbach型磁力联轴器传动转矩的特性分析

阐述了磁力联轴器传动的基本原理,介绍了磁力联轴器的Halbach阵列磁体形成的磁场特点.利用ANSYS软件对24极式磁力联轴器的传动转矩进行数值计算,分析传统磁体排列和Halbach阵列两种排列方式在不同转角差、磁极数、永磁体厚度和轭铁厚度时所传递的转矩.结果表明,Halbach阵列所传递的转矩较传统排列有明显的提高,...     

Magnetic field analysis by the edge element FEM

Several useful techniques are presented for magnetic field analysis by the edge element FEM. The relations of nodal, edge, and facet shape functions are visualized as important properties using the differential operators of gradient and rotation. These shape functions and the rotation of edge shape functions are presented for tetrahedral, prismatic, pyramidal, and hexahedral elements. Furthermore, the method of determining coil current distributions satisfied with conservation of current is shown using a current vector potential and a surface tree gauge condition for open‐loop coils and closed loop coils. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 154(1): 59–65, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20168     

采用Halbach磁场的新型被动磁轴承仿真

为了提高永磁磁轴承的轴向承载力和刚度,在对理想Halbach磁场进行分析的基础上,利用分段磁环构成的近似Halbach磁场设计了一个新型的轴向永磁磁轴承.通过有限元软件对这种磁轴承进行了建模仿真,计算了最大承载力以及刚度,并分析了磁环的厚度与高度比值对磁轴承刚度的影响.仿真结果表明,采用Halbach磁场的轴向磁轴承最大可以提供2×106N/m的刚度,高于相同永磁材料用量条件下传统轴向磁轴承的刚度.考虑到这种磁轴承的结构要比传统结构复杂,因此这种磁轴承更适合在对刚度要求高的场合应用.