网标灯用Halbach式永磁直线发电机仿真设计

永磁直线发电机是点吸收式波浪能网标灯的关键部件。文中所选取的直线发电机为动圈式圆筒型结构,永磁体充磁方式为Halbach阵列结构。在JMAG电磁仿真软件的帮助下,对比分析了不同Halbach阵列对直线发电机工作性能的影响,发现轴向结构具备较大的电压和功率,且其加工性能良好、成本较低,因而适合作为直线发电机的永磁体阵列结构。     

一种新型两自由度永磁电机动力学模型

提出了一种新型结构的两自由度永磁电机,阐述了基本结构及各部分功能。电机转子仅由径向磁化永磁体构成,定子部分为三轴亥姆霍兹线圈组,显著降低了永磁电机内部多维磁场的复杂程度。根据径向磁化永磁体对空间万向旋转磁场的随动效应,即径向磁化永磁体轴线会转动直到与空间万向旋转磁场轴线重合这一现象,通过空间万向旋转磁场控制电机输出端到达空间指定位置,实现空间两自由度任意运动。动力学仿真验证了基于随动效应的两自由度永磁电机方案的可行性,可控制电机输出端到达指定位置。     

一种大推力凸极永磁直线同步电机特性分析

针对现有永磁直线同步电机(PMLSM)推力密度较低的问题,提出了一种凸极Halbach永磁直线同步电机(SH-PMLSM)的设计方案。首先,提出了凸极Halbach永磁直线电机的拓扑结构,基于有限元分析了该型电机的次级磁场分布,确定了电机初级绕组方案,在旋转电机尺寸关系基础上,确定了该电机的主要尺寸;其次,建立了SH-PMLSM的16极15槽单元电机的模型,分析了该型电机的电磁特性;最后,在等永磁体用量、相同的初级和气隙条件下,将其与隐极式永磁直线电机(S-PMLSM)进行了对比,并分析了凸铁高度和宽度以及永磁体磁化方向对SH-PMLSM性能的影响。研究结果表明:SH-PMLSM单元电机具有更大的推力密度,输出推力比隐极PMLSM提高了10. 61%;借助Halbach阵列具有的磁屏蔽性,SH-PMLSM改善了常规凸极永磁直线电机存在的漏磁较大、推力不足的问题。     

基于Preisach模型的永磁同步轮毂电机损耗及温度场建模与分析

针对永磁同步轮毂电机运行过程中发热明显,严重影响永磁体性能和电机寿命的问题。开展电机铁心材料磁滞特性试验,测试一维磁化条件下的磁滞回线,考虑不同磁场强度和磁场高频特性对磁滞特性的影响。考虑到经典Preisach理论无法解释磁场频率过高的现象,基于对称小回环（Symmetric minor loops, SML）的密度函数离散化方法建立高频磁场强度变化的磁滞特性模型,通过与试验结果的对比发现该方法预测结果准确,对于在不同频率下的磁化特性有很好的模拟效果。根据铁心损耗的影响因素分析,提出考虑旋转磁化影响、磁密谐波影响的铁心损耗旋-交系数计算铁心损耗。最后建立电机三维温度场模型,仿真计算不同工况下各个部件的温升情况及危险点,并在试验台上进行电机温升试验,与仿真结果进行对比验证。仿真结果电机温度最大值为73.2℃,试验最高温度为72.6℃,证明电机损耗计算以及温度场仿真的准确性。研究结果表明,考虑磁场强度和磁场频率对铁心磁化特性的影响,能有效改善电机电磁计算中的缺陷,提高电机电磁场、损耗及温度预测的准确性。     

轻载荷高精密永磁同步直线电机控制性能研究

分析了轻载荷高精密永磁同步直线电机中的电磁场分布,利用Matlab建立了永磁同步直线电机的模型,采用高能永磁体的正弦电流控制方法实现交轴电流的矢量控制并且构建了永磁同步直线电机位置控制的仿真系统,与实验结果进行了比较。     

轴向磁化永磁微电机最小尺寸分析及定转子制作

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用基于单元边的有限元方法对这种双转子电机的转矩进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁微电机定子线圈线宽和线间距均为50μm的最佳布线密度;分析了电机在结构、转矩和气隙磁场多方面因素共同限制下所能达到的最小尺寸,即精密机械意义上的能满足实际应用的最小电机直径为10 mm,厚4 mm,通以0.1 A的电流时能获得47μN.m的转矩。并采用一体化多极磁化方法和深刻蚀成型电铸工艺分别制作了直径为10 mm电机的转子永磁体和硅片上的平面定子线圈。分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。     

压缩机用直线振荡电机防失磁设计研究

针对动磁式直线振荡电机中所用钕铁硼材料失磁的问题,对钕铁硼材料在高温和交变磁场环境中的防失磁设计进行了研究。修正了以往永磁体设计的最佳工作点准则;利用磁路法推导了永磁体在工作温度下的最大去磁工作点的数学表达式,定性地分析了电机的结构参数对最大去磁工作点的影响;利用常温下永磁材料的磁性能推导了工作温度下的拐点位置,给出了高温下直线振荡电机中的钕铁硼材料失磁的判定公式,为直线振荡电机的结构优化设计提供了一个必要的约束条件;对40 M和40 UH两种牌号的钕铁硼材料进行了失磁实验。研究结果表明:实验结果与理论计算结果相一致,该方法可用于钕铁硼永磁材料的选择和直线振荡电机的防失磁设计。     

基于NdFeB永磁材料的动圈力马达磁场分析

动圈式力马达是一种借助于永磁体建立磁场,使带电线圈在磁场力的作用下做直线运动的一种电-机转换元件.不同的永磁体材料直接影响着动圈力马达的性能.本文借助ANSYS磁场分析软件,对基于NdFeB永磁材料的动圈力马达做了磁场分析研究.通过研究发现使动圈力马达获得相同的输出力,当采用NdFeB永磁材料时,可以减小动圈力马达的结构尺寸,提高其动态特性.     

基于永磁体温度对车用电机性能影响分析

永磁体是车用永磁同步电机产生磁场的关键部件,决定了电机反电势、输出转矩等性能。温度对永磁体特性影响较大,分别以永磁体特性随温度变化为基础研究对电机性能影响,采用ANSYS/Maxwell建立电机二维仿真模型,对其进行不同温度下的性能分析,研究结果表明,永磁体温度对车用电机反电势影响较大,对输出转矩影响较小。     

新型多齿开关磁链永磁记忆电机设计与分析

针对传统多齿开关磁链永磁电机在弱磁区运行效率低的问题,设计了一种新型多齿开关磁链永磁记忆(MSFPMM)电机。在传统多齿开关磁链永磁电机中,使用了磁化水平和磁化方向可以在线改变的低矫顽力永磁体;通过在该电机的励磁绕组中通入电流脉冲,改变了低矫顽力永磁体的磁化水平和磁化方向,实现了高速区弱磁;利用有限元法分析了该电机中低矫顽力永磁体处于不同磁化状态时,MSFPMM电机的气隙磁密、空载反电动势、转矩/转速特性以及运行效率;制作了MSFPMM样机,对MSFPMM电机的电磁特性进行实验验证。研究结果表明:当MSFPMM电机的气隙磁密减弱时,该电机的高效率区会向高转速、低转矩区移动;MSFPMM电机具有比传统多齿开关磁链永磁电机更高的弱磁区运行效率。     

基于永磁差动的桁架式高频力马达力-位移特性仿真分析

针对传统力马达及比例电磁铁频响低的特点,提出一种新式力马达结构,该力马达运用永磁体和线圈差动控制的原理,实现双向高频控制。由于传统的经验公式对新结构设计具有低准确性,基于有限元法,建立了力马达的模型并利用Ansoft仿真软件来分析力马达的力-位移特性,对影响力马达力-位移特性的轴向气隙面积、轴向气隙距离等主要结构参数进行了分析比较,并在此基础上进行优化。     

全永磁驱动带式输送机控制策略及动力学行为

针对传统异步电机驱动和液压绞车张紧带式输送机存在的传动效率低、运行维护困难、张紧响应慢等问题,设计了一种集永磁电机直驱与永磁张紧于一体的全永磁驱动带式输送机,制定了全永磁驱动系统矢量控制策略与机-电耦合动力学模型;利用Matlab/Simulink建模仿真与煤矿井下现场试验相结合的方法,研究了全永磁驱动带式输送机在空载启动、满载启动、变载运行等工况下的矢量控制策略与机-电耦合动力学行为。结果表明：全永磁驱动带式输送机在多种工况下均能实现转矩与转速的快速响应和动态调节,具有良好的动态特性;多台电机间可维持功率平衡与同步传动,具有较强的抗干扰能力;永磁张紧装置可以实现张紧力动态调节,有利于提高带式输送机驱动效率、张紧响应速度以及整机协调可控性;全永磁驱动系统可实现对带式输送机的智能驱动与动态张紧,在机-电耦合动力学行为仿真试验与现场试验中得到的电机动态特性规律基本一致,表明其可满足煤矿井下带式输送机实际工况需求,具有较高的推广应用价值。     

永磁同步电机的变频调速研究

无励磁损耗和自身体积较小是永磁同步电机的一大优势所在。本论文的主要目的是永磁同步电机进行建模与分析,基于ANSYS Maxwell建立外转子永磁同步电机的有限元仿真模型,并基于该模型对电机磁场及各项电磁性能进行仿真计算与分析,已达到对永磁同步电机变频调速研究的需求,对电机进行建模与分析。确定电机参数包括性能指标要求、定子、电枢绕组、转子参数,建立用外转子永磁同步电机的模型并对其进行参数计算和仿真,并对计算结果进行分析。     

永磁直线同步电动机垂直运输系统模糊控制策略的研究

根据垂直运动永磁直线同步电动机的特点及数学模型,建立了系统的仿真模型,并初步把模糊控制策略引入到控制系统中,实现电机的速度控制.仿真实验结果表明,和PI控制比较,引入模糊控制策略的系统具有良好的控制特性,有效地提高了永磁直线电机垂直运输系统运行的稳定性、可靠性.     

矢量控制技术在矿用永磁同步电机车上的应用研究

矿用蓄电池电机车是煤矿生产所需的一种主要的运输装置,目前主要采用直流电动机驱动,随着交流技术的发展,永磁同步交流电机代替传统的直流电机是矿用蓄电池电机车的发展趋势.论文对永磁同步电动机矢量控制原理和控制策略进行了详细的分析,并进行了Matlab仿真,仿真结果证明了矢量控制永磁同步电动机具有良好的调速、稳速功能.     

混合式永磁同步电机弱磁性能的研究

针对传统永磁同步电机弱磁性能不佳的问题,提出了应用混合式结构来改善永磁同步电机弱磁性能。研究了传统永磁同步电机的结构,得出了传统永磁同步电机弱磁困难的原因是电枢磁势和转子励磁磁势的不对等。分析了混合式永磁同步电机的结构,得出了其转子永磁体用量少,励磁磁势较小;气隙很小同步电感大,短路电流与额定电流的比值小。介绍了应用短路电流与额定电流的比值来判断永磁同步电机弱磁性能的方法,分析得出了混合式结构弱磁性能要好于传统永磁同步电机。采用了基于直轴电流负向控制的附加闭环方法进行弱磁控制,对传统永磁同步电机和混合式永磁同步电机的弱磁性能进行了对比实验,混合式结构的弱磁扩速倍数为传统式结构的2.63倍。研究结果表明,混合式结构可以有效提升永磁同步电机弱磁性能。     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

筒式永磁调速器的磁场分析与特性研究

永磁调速器通过调节永磁转子和导体转子的相对位置来实现离心式负载速度的调节和电机的节能,是一种新的调速设备。为了深入研究筒式结构永磁调速器的磁场及机械特性,基于三维运动涡流场,建立了筒式永磁调速器的有限元模型,并对其磁场进行了瞬态分析,得出了筒式永磁调速器的磁场和涡流分布情况,以及输出功率和转矩随转差率和啮合面积的变化曲线。分析结果与试验结果的对比验证了有限元分析方法的正确性。