Halbach阵列永磁电机齿槽转矩分析与计算

为了削弱永磁电机齿槽转矩,提高电机气隙磁密,改善气隙磁场分布,采用分段式Halbach阵列磁体结构,使永磁体获得理想的单边磁场。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁力线分布,获得电机气隙磁密和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁体电机进行对比分析。研究结果表明,该方法能有效削减齿槽转矩,提高磁密幅值,增强磁密正弦性。     

永磁直流电机的气隙磁场

大多数小型永磁直流电机的磁极都不装极靴,永磁体直接面向气隙,这类永磁电机的气隙磁场分布和电磁式直流电机不同。为了准确预测气隙磁场波形及其特征系数;本文采用分离变量法直接求解磁场的拉普拉斯方程,由此得到的气隙标量位是一个级数解。永磁直流电机气隙磁场的计算极弧系数可以从标量位直接导出,并在微型计算机上算出供设计用的曲线族。数值计算表明,级数解的收敛性是可以接受的,和采用离散场模型的数值解法比较,本文所采用的解析法可以节省大量的预处理和解题时间。     

永磁直线同步电动机Halbach阵列磁场分析

直线电动机的气隙磁场是决定其性能的关键因素.针对平板动磁式永磁直线同步电动机(PMLSM),采用Halbach磁体阵列来提高气隙磁场的正弦性.给出了Halbach阵列磁体排列方式及磁化规律;利用有限元法对Halbach磁体结构与常规磁体结构的永磁直线同步电动机进行比较,分析了磁通密度在平均气隙及轭部的分布情况;在此基础上提出了一种基于Halbach阵列的改进的磁体排列方案,并分析了此方案对电机气隙磁密的影响,得出了一些有用的结论.     

基于Halbach阵列的永磁球形电动机磁场

Halbach阵列永磁电机与常规磁体结构电机相比,具有更接近正弦的气隙磁密分布、更大的气隙磁通及良好的自屏蔽作用等特性.因此,Halbach阵列永磁电机具有效率高、体积小、重量轻等优点.本文提出一种Halbach阵列永磁球形电动机,介绍了其基本结构和工作原理,并给出了转子磁极的Halbach阵列充磁规律.以转子4极、每极3块Halbach阵列磁体结构为例,对其磁场进行了分析,得出了磁场三维解析模型,并对磁场沿球坐标ψ和θ两个方向的谐波含量进行了研究.最后采用有限元方法对磁场进行了分析.     

一种新型双极永磁磁体的设计与应用研究

从爆炸磁流体发电机要求的特定磁场形式出发,分析了Halbach磁体阵列结构产生磁场的特点,比较其与常规磁体结构磁场分布的不同,提出一种新型双极永磁磁体结构,计算表明,在75×35×27 mm3发电工作空间内气隙中心磁场达到1.22T,磁场均匀度达到97.8%.设计表明永久磁体可以应用于爆炸磁流体发电机中.     

离散Halbach永磁电动机气隙磁通密度特点及其空载电动势波形优化

利用离散Halbach阵列气隙磁通密度分布特点,合理选择电动机转子结构参数,对发挥永磁体潜力至关重要。文中采用电磁场有限元数值计算方法,揭示离散Halbach阵列气隙磁通密度的谐波和基波与每极磁体数、磁体厚度以及极对数之间的变化规律。并以此为依据设计样机一台,实验结果验证了有限元模型的正确性。同时进一步以样机的结构参数为基础,对反电动势进行优化,提出一种削弱集中非叠绕组结构空载电动势谐波的方法,为离散Halbach阵列集中非叠绕组电机设计提供参考。     

圆柱型平板线圈永磁直流直线电动机

提出了一种圆柱型平板线圈永磁直流直线电动机的结构,对磁体、气隙、线圈等结构参数进行了优化设计,并加工出样机进行了性能测试与分析。驱动器尺寸控制在Φ6mm×10.5 mm下。矩形平板线圈的对边分别处于两个极性相反的气隙磁场之中,气隙磁场位于两块拱形截面永磁块之间,通过外筒、端盖导磁体的磁路闭合。在电磁有限元分析软件Maxwell 9.0中进行了优化设计,优化了气隙磁场。对加工出的样机测试了推力输出,结果表明该微小型永磁直线电动机平均推力可达0.6 N,适宜于应用在特殊受限空间环境中。     

基于Halbach阵列与组合型磁极相结合的表贴式永磁电机优化设计

为了减小表贴式永磁电机气隙磁场中谐波含量过高所带来的电机性能下降的影响,提出了Halbach磁体阵列与组合型磁极相结合的转子结构。基于时步有限元计算软件,利用田口法正交试验,以谐波畸变率THD和气隙磁密基波幅值大小为评价标准,优化设计了4极永磁电机的转子结构参数。优化参数包括:磁钢厚度、组合磁极的磁极配比、Halbach充磁夹角、较小磁能积的永磁材料的矫顽力大小。通过对比优化前后气隙磁通密度谐波含量,验证了该优化方法的有效性。     

内置式永磁同步电机磁体涡流损耗研究

采用气隙磁位分布函数作为边界条件取代定子磁场,建立计及磁路饱和及齿槽效应影响的永磁同步电机磁体涡流损耗计算的二维有限元模型。对内置式钕铁硼永磁同步电机各次谐波磁场引起的永磁体涡流损耗进行分析计算。结果显示:磁路饱和对涡流损耗的影响很大,各次谐波中具有一阶齿谐波特征次数的谐波磁场是引起永磁体涡流损耗的主要因素。     

Halbach永磁直流电动机气隙磁密分析

首先通过Halbach永磁直流电动机的物理模型推导出气隙磁密的解析解，进而分析磁场的分布特点；然后利用有限元方法求解Halbach永磁直流电动机气隙磁密的数值解，并将两种方法的计算结果进行比较对照，分析了磁通密度随磁体厚度、极对数、每极磁体阵列数的变化规律以及3维情况下沿轴向的衰减情况。     

永磁体参数对双定子球形电机磁场影响的研究

永磁球形电动机采用不同的永磁体结构参数,对电机的电磁场会产生一定的影响。论文提出一种新型双定子永磁球形电动机,建立不同的永磁体参数的电机模型,对比分析不同参数的永磁体结构对电机电磁场的影响。利用三维有限元法分别对电机内外磁场进行建模分析,得到了气隙磁通密度径向分量分布数据。同时,针对永磁体的结构参数进行了静磁场磁通密度和磁场分布计算,建立了球坐标系下永磁体磁场有限元求解模型,进行对比分析。理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,文中对转子永磁体的磁通密度进行了测试,与仿真计算结果一致。     

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。     

高精度TMR加速度计中圆柱磁体空间磁场线性区间的计算与仿真

基于高灵敏隧道磁电阻的高精度加速度计中,圆柱磁体数学模型的确定和探寻磁体空间磁场分量线性分布区间是实现加速度高精度测量的关键。针对这个问题,采用磁体空间磁场分布的理论解析计算方法,对磁体空间磁场的分布进行了矢量分解,重点分析计算了磁体外空间磁场的线性分布范围。采用MATLAB软件,获得了磁场各分量在轴向和径向上的变化规律,找出了线性分布的最佳空间位置,并运用COMSOL软件进行验证。依据计算结果,总结出了磁体空间磁场分量的线性区间宽度、径向分量最大值、灵敏度这三者与磁体尺寸、磁化强度、空间位置之间的变化关系,为高精度隧道磁电阻加速度计的设计提供理论依据。     

基于Ansoft的电力机器人永磁吸附单元有限元分析

为满足爬壁机器人在狭窄的发电机定子气隙中能可靠地运行,设计了一种基于Halbach阵列的永磁吸附单元。使用Ansoft Maxwell软件建立二维磁场模型,采用有限元分析法对新型吸附单元的磁场进行分析,得到了其磁力线与磁感应强度的分布;通过与传统永磁吸附单元磁场的比较,得出新型吸附单元具有永磁磁能利用率高、单边磁场的特点,验证了新型吸附单元在发电机定子气隙中吸附的可靠性;并分析了结构参数的变化对吸附性能的影响,为吸附单元结构设计提供了参考数据。     

超导核磁共振成像主磁体无源数值匀场技术的研究

本文提出了超导核磁共振成像主磁体无源数值匀场的概念,发展了一种优化无源数值匀场方法。将优化无源数值匀场方法应用于中国科健有限公司研制的国产第一台超导核磁共振成像主磁体,其结果令人满意。     

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。     

方形磁体的空间磁场分布

根据永磁的磁偶极子模型,推导了方形磁体的空间磁场轴线方向分布,并讨论了磁体内的退磁因子。测量了一种方形永磁铁氧体的表面场,与理论值符合较好,说明该方法是成功的。     

一种Halbach磁体结构同心磁力齿轮传动装置的设计和实现

提出了一种使用Halbach磁体结构产生磁场,并对磁场进行调制的同心磁力齿轮传动装置。该传动装置由机壳、安装在机壳内腔的悬臂式的外转子和内转予组成。内、外转子永磁体之间有调磁环。调磁环由铁心块组成,并固定在机壳的端板上。磁体结构采用Halbach阵列,得到的气隙磁密接近正弦分布。对样机测试后表明,该装置取得了较好的正弦磁场分布、稳定的转速比值和较高的传动效率。     

混合励磁爪极发电机的磁场调节特性分析

针对电励磁爪极发电机输出功率较低、永磁式爪极发电机磁场不可调节的缺点,研究了一种特殊结构的混合励磁爪极发电机。阐述了该发电机的结构组成、工作过程及磁场调节原理,利用三维电磁场有限元软件JMAG分析了其空载磁场分布情况及磁场调节特点。结果表明,与相同结构参数的电励磁爪极发电机相比,混合励磁爪极发电机具有更高的气隙磁通密度和更宽的磁场调节范围等优点,为进一步深入探索爪极发电机提供了一定的理论基础和技术参考。     

基于毕奥-萨伐尔定律的永磁球形电动机定子线圈磁场分布研究

永磁球形电动机定子绕组采用集中式绕制方式,分层均匀镶嵌在定子球壳内壁。为得到永磁球形电动机单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,建立球形电动机全局坐标系与定子线圈局部坐标系之间的映射关系,然后运用毕奥-萨伐尔定律对定子线圈产生的磁场进行求解分析。在对磁场解析表达式求解过程中借鉴“割圆法”思想,得到了磁场的数值解表达式,给出了单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,并通过有限元方法验证了所提方法的有效性。