梯形Halbach永磁阵列空心直线同步电动机特性的解析计算与优化

提出了一种新型的双边不对称梯形永磁空心直线电动机。首先使用等效磁荷法建立了梯形单块磁体的三维空间磁场解析模型,再由叠加原理得到双边Halbach阵列空心电机的气隙磁密三维模型。在考虑线圈横向端部效应的基础上,推导出电机运行过程中的反电动势与电磁推力的表达式。利用解析模型分析了梯形磁体阵列气隙磁密谐波分布的规律,并对其进行优化;三维有限元仿真结果表明所提解析模型具有较高的准确度,同时采用经过优化的梯形阵列定子,可以达到提高气隙磁密正弦性从而减小推力波动的目的。     

永磁电动机失磁分析

介绍了航空永磁电机所用永磁材料的磁性能.分析了航空永磁电机永久磁极磁损失与温度变化的关系,冲击振动对永磁体的影响,以及磁损失的变化规律。提出失磁故障所引起的故障现象以及检测方法,并通过维修实例验证了检测方法的正确性。     

永磁同步直线电机建模及混沌搜索优化设计

建立了永磁同步直线电机的电磁场有限元物理模型,以此对气隙磁密波形畸变率进行了深入的分析。通过电机参数样本空间设计,利用正交试验设计方法进行非线性回归建模分析,给出了气隙磁密波形正弦度可行的电磁方案。基于混沌搜索理论和适应函数对永磁同步直线电机结构参数进行优化。仿真结果表明,在此结构参数基础上,电机磁极偏移后其三相反电势依然有较好的对称性,为永磁同步直线电机及其他的电磁工程设计提供了一种新的思路。     

一种新型Halbach阵列永磁振动发电机的设计与输出特性分析

给出了一种永磁振动发电机感应电动势的计算公式,设计了一种新型Halbach阵列永磁振动发电机,机体两侧分别固定了两组永磁体,内部6个线圈串联。采用有限元法,与普通Halbach阵列和传统永磁振动发电机进行了对比分析,新型Halbach阵列的应用大幅度提升了振动发电机的性能。正弦规律振动的振源频率为10 Hz,振幅为3 mm时,新型振动发电机的最大输出功率为355.85 mW,开路电压有效值为6.402 9 V。最后,对线圈相对永磁体的位置进行了优化,最大输出功率达到了414.81 mW,进一步提升了16.57%,此时开路电压有效值为7.036 6 V。     

适配功率电机齿槽转矩削弱方法研究

为削弱适配功率电机齿槽转矩,提高该电机动力输出性能,提出了匹配相邻磁极极弧系数的方法。首先,运用麦克斯韦应力张量法和傅里叶分解求解适配功率电机齿槽转矩解析模型,并对不等极弧系数进行匹配组合,解析结果表明齿槽转矩削弱了35%左右。然后,采用全局优化算法对不等极弧系数进行全局寻优匹配,齿槽转矩进一步得到优化。最后,依据理论研究结果加工制作样机并进行试验,试验结果显示,齿槽转矩实测数据和优化结果相比,总体误差为5%左右,且整体趋势与优化曲线相符。因此,所提用于削弱适配功率电机齿槽转矩的方法是有效且可行的。     

少稀土组合励磁永磁无刷电机设计与分析

基于采用稀土永磁和非稀土永磁组合励磁的磁钢结构,提出了一种并联磁路型的少稀土组合励磁永磁无刷电机。介绍了该电机的拓扑结构及运行原理,并在此基础上结合电机功率尺寸方程和励磁源等效方法,给出了电机的初始设计方法并优化确定了相关的设计参数。利用有限元方法深入分析了电机在空载和额定负载条件下的电磁性能。加工了1台5 kW样机,搭建试验平台进行了相关的试验,结果表明了该电机拓扑结构和优化设计方法的有效性。     

基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术

非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。     

单磁极加长降低表贴式永磁电机齿槽转矩

针对表贴式永磁电机存在的齿槽转矩问题,提出运用单磁极加长的方法来降低电机齿槽转矩。运用解析法推导出电机单磁极加长后齿槽转矩解析表达式,通过傅里叶分析,得到对电机齿槽转矩具有重要影响的变量Br(vz)。引入磁极加长系数η,研究如何选取η的数值削弱齿槽转矩。通过有限元仿真验证了所提方法的有效性。结果表明:通过合理选取磁极加长系数,将与齿槽转矩关键谐波分量有关的Br(vz)削减为零可有效降低电机齿槽转矩。     

计及多因素影响的永磁电机空载气隙磁密解析计算法

为准确而快速地计算与评估电机的性能,以I型转子结构永磁电机为例,提出了一种计及多因素影响的空载气隙磁密的解析计算法,并用有限元进行了仿真验证。分析了永磁体尺寸、隔磁桥高度和极弧系数等参数对气隙磁密的影响规律,为优化电机方案提供了思路。     

基于微型固体推力器阵列的轨道控制点火算法

为了解决基于微型固体推力器阵列轨道控制的推力器组合点火问题,优化了阵列布局,使其适用于轨道控制,得出了推力器坐标位置分布律。在此基础上研究了推力器阵列组合点火算法,建立了相应数学模型,进行了算法验证。仿真结果表明,设计的推力器阵列优化方案能够满足皮纳卫星轨道控制要求,所建数学模型能有效解决点火问题,设计的算法能够实现较快寻址。     

混合动力汽车ISG用混合永磁同步电机转子研究

设计了一款混合动力汽车集成式起动发电机(ISG),用钕铁硼和铁氧体混合永磁的永磁同步电机(PMSM)。分析了两种永磁体的结构参数对电机磁路的影响规律,推导了钕铁硼和铁氧体并联磁路的约束条件；以铁氧体的不可逆退磁量和电机的基本性能为优化目标,通过场-路结合的方法,确定了钕铁硼和铁氧体的结构参数；并与传统的钕铁硼PMSM在电机性能和永磁体成本等方面进行了比较分析。研究结果表明,所提出的ISG混合永磁电机能有效地减少永磁体材料成本和铁氧体退磁风险,电机性能达到了设计要求。     

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。     

A fault-tolerant triple-redundant voice coil motor for direct drive valves: Design, optimization, and experiment

A direct drive actuator (DDA) with direct drive valves (DDVs) as the control device is an ideal solution for a flight actuation system. This paper presents a novel triple-redundant voice coil motor (TRVCM) used for redundant DDVs. The TRVCM features electrical/mechanical hybrid triple-redundancy by securing three stators along with three moving coils in the same frame. A permanent magnet (PM) Halbach array is employed in each redundant VCM to simplify the system structure. A back-to-back design between neighborly redundancies is adopted to decouple the magnetic flux linkage. The particle swarm optimization (PSO) method is implemented to optimize design parameters based on the analytical magnetic circuit model. The optimization objective function is defined as the acceleration capacity of the motor to achieve high dynamic performance. The optimal geometric parameters are verified with 3D magnetic field finite element analysis (FEA). A research prototype has been developed for experimental purpose. The experimental results of magnetic field density and force output show that the proposed TRVCM has great potential of applications in DDA systems.     

一种动力调谐陀螺仪大加矩力矩器设计

为满足捷联惯性导航系统用动力调谐陀螺仪大跟踪速率的要求,提出了一种新的力矩器永磁磁钢结构。新结构参考Halbach永磁体阵列,在常规的双径向充磁磁环中间增加了一个轴向充磁磁环。利用电磁场仿真软件Maxwell对典型结构和新结构力矩器的工作气隙磁场进行分析,分析结果表明,新结构力矩器的力矩系数可提高36%。陀螺仪样机的实测结果验证了分析的结果。     

高速无轴承永磁电机设计与分析

高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。     

计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机铁耗计算

在经典Bertotti三项式常系数铁耗计算模型的基础上,基于谐波分析原理,引入涡流损耗、磁滞损耗和附加损耗补偿系数,提出了一种计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机(PMSM)铁耗计算模型。该模型中的补偿系数均随磁密幅值、频率和畸变率变化,能较好地反映基波及谐波磁场对铁耗的影响。为了验证该模型的有效性及准确性,以48槽/8极内转子和36槽/48极外转子两台PMSM为研究对象,将模型的计算值、有限元仿真结果和试验数据进行对比分析。结果表明,铁耗计算模型有较高的精度,特别适用于磁密幅值与频率变化范围大的场合。     

定子永磁型双凸极非稀土永磁电机谐波电流抑制

定子永磁型双凸极非稀土永磁电机(NREDSPM)采用剩磁较高的铝镍钴(AlNiCo)永磁代替传统的稀土永磁,降低电机制作成本的同时也可配合磁化绕组对电机气隙磁场进行调节,使电机获得较好的性能。但受电机本体参数影响,NREDSPM在运行时相电流中含有大量的谐波,严重影响电机的效率和稳定性。为解决此问题,采用了一种PI控制器并联谐振调节器的电流环控制方法。该方法结构简单,易于实现,且无需增加硬件成本,可对电流谐波进行有效抑制。一台1.25 kW的NREDSPM样机在试验平台上进行了试验,试验结果验证了所用方法的有效性。     

分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机转子损耗

针对损耗模型很难准确地计算转子损耗且三维有限元方法占用大量时间的问题,基于二维运动瞬态有限元法,研究了1台36槽42极单层分数槽集中绕组永磁同步电机在恒转矩区和弱磁区以最大转矩运行时的转子损耗,并且研究了高速工况下永磁体轴向分段数量、槽口宽度以及气隙厚度对永磁体损耗的影响。研究发现,在整个转速区间永磁体损耗占转子总损耗的90%以上；转速低于1 500 r/min时,转子铁心磁滞损耗高于涡流损耗,高于1 500 r/min时涡流损耗明显高于磁滞损耗。永磁体分段能明显降低永磁体涡流损耗;负载工况下改变槽口宽度,永磁体涡流损耗几乎没有变化；增大气隙厚度虽然能降低永磁体损耗,但是效果并不明显；同时,更改槽口和气隙厚度会使电感发生变化,并进而影响电机的运行性能。     

表贴式永磁同步电机永磁体偏心气隙磁场解析

采用分区域的方法对表贴式永磁同步电机磁极偏心的气隙磁场进行推导解析。将求解区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽区域和基于分离变量法利用各区域的边界条件得出相关系数,并在计及永磁体偏心的情况下求解电机气隙磁场。解析模型能够计算电机空载和负载气隙磁场的分布。将解析模型计算结果与有限元分析结果进行对比,发现所建立的解析模型具有较高的准确度。