双边永磁励磁游标电机运行原理及电磁特性仿真研究

为了进一步提高电机的功率密度和转矩密度,以满足直驱系统低速、大转矩的运行工况,提出一种新型双边永磁励磁游标(DPMEV)电机。该电机定子和转子上均放置有永磁体,利用定、转子齿对气隙磁导的双向调制作用,将两组永磁体产生的永磁磁场调制成少极数、高转速的有效谐波磁场,并根据有效谐波磁场设计电枢绕组,从而使定、转子上两组永磁体同时与电枢绕组耦合。介绍了DPMEV电机的拓扑结构。基于等效磁路法,对该电机的气隙磁通密度进行了分析,表明该电机可利用气隙磁导的双向调制作用,实现电机功率密度和转矩密度的有效提高。在深入分析电机工作原理的基础上,通过有限元法对DPMEV电机进行了计算和分析,验证了该电机具有适用于直驱系统的高功率密度和高转矩密度特性。     

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。     

高密度永磁同步电机的变参数等效磁网络分析

针对双“I”型转子结构的内置式高密度永磁同步电机(PMSM),基于MATLAB/Simulink平台提出了一种变参数等效磁网络法,充分考虑转子漏磁,且通过变参数环节,自动调节各部分磁导率,计算铁心饱和,提高了变参数等效磁网路法的计算准确性。利用该磁网络,分析了转子尺寸参数对电机空载电磁性能以及气隙磁密波形的影响,为高密度PMSM初步设计提供了一种有效快速的分析手段。     

无槽环形绕组轴向磁通永磁电机空载反电动势解析

无槽环形绕组有两种类型,即扇形绕组和矩形绕组。针对这两种绕组空间分布对空载反电动势的影响,分别对两种绕组轴向磁通永磁电机的空载反电动势进行了解析推导。在气隙磁密解析计算时,提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应函数。为了验证解析公式的正确性,以一台电机方案为例,利用推导的解析公式对空载反电动势进行了计算,与有限元计算结果进行了对比,结果表明解析计算结果和有限元计算结果相对误差小于2.1%,满足工程要求。因此,推导的空载反电动势解析公式可以作为电机设计人员参考使用。     

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。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 kW样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

基于改进磁密计算的开关磁阻电机径向力解析建模

现有的麦克斯韦应力法计算开关磁阻电机(SRM)径向力的过程中,气隙磁通密度的求取过于简化。由于麦克斯韦应力法的积分路径较简单,气隙磁通密度的准确度直接影响了径向力求取的精度。综合等效磁路法和麦克斯韦应力法,精确计算了SRM气隙磁通密度,给出了单相激励下定子径向电磁力的表达式。在角度位置控制 (APC) 方式下,推导了转子运转过程中定子径向电磁力的解析表达式。在有限元软件上进行了仿真,对比分析了解析计算得到的径向力在时域和频域的分布,解析结果和有限元仿真结果相比表明,即使在2倍额定电流下误差也能维持在10%以内。     

基于不同定子槽模型的分段磁路分析

结合等效磁场实现转子内磁场强度至转子轭表面的转换,分别建立了开口、半开(闭)口定子槽模型,采用分段磁路法分析各段磁路长度变化情况,给出了不同定子槽模型下齿槽转矩的解析式。分析定子冲片选用不同牌号的硅钢片材料对齿槽转矩的影响。经研究表明:分段磁路法能够提高槽间磁路近似精度,且经分析优选的定子硅钢片材料可较为有效地削弱齿槽转矩。     

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。     

磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计

Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。     

磁悬浮斜翼节静动态特性

作为直动式电-机械转换器和二维阀本体之间的连接桥梁，反馈放大机构起着位置反馈、运动转换和推力放大的重要作用。但现有二维伺服比例阀的机械式反馈放大机构都存在摩擦磨损等非线性环节，对阀的静态特性影响明显。基于永磁悬浮技术提出一种新型的无接触式磁悬浮斜翼节，其依靠磁斥力将斜翼动子和阀芯悬浮在中位，同时实现位置反馈和运动转换功能，以彻底去除传统机械式反馈放大机构由于接触带来的摩擦磨损等因素对阀控制特性的不利影响。首先基于电磁场理论建立了磁悬浮斜翼节的数学解析模型，讨论了关键结构参数对磁力矩的影响；随后在Maxwell和Adams平台上分别对其静动态特性进行了基于有限元模拟和多体运动学分析的参数优化，在此基础上制作了实验样机，搭建实验台架研究了斜翼节的静动态特性，从而验证了其工程实用性。仿真和实验结果基本相符，3种验证的斜翼节样机中，当外接比例电磁铁推动外动子移动3 mm时，最大磁力矩可达到0.252 N·m，阶跃响应时间约120 ms。参数化设计表明减小工作气隙和增加斜翼节倾角均能提升斜翼节的磁力矩和动态响应，而在气隙中添加磁流体可提升磁力矩，但同时影响阶跃响应。研究工作对于后续磁悬浮斜翼节在二维伺服比例阀上的实际应用具有重要的参考价值。     

火花放电合成射流与超声速来流相互干扰特性数值模拟研究

为了指导火花放电式合成射流激励器在超声速流动控制中的应用,数值模拟研究了火花放电合成射流与超声速来流的相互干扰特性。研究表明火花放电式合成射流在超声速流场中产生强烈扰动,产生较强的激波结构;随着射流的喷出,激励器上游分离区和流场中激波呈先增强后减弱的趋势,激波由弓形激波逐渐弱化为斜激波,并且随着放电能量的增加射流与主流的动量通量比不断增大,射流的干扰和控制能力显著增强。由于超声速流的较大惯性及其对腔内气体的引射作用,激励器的腔体回填速率大幅下降、回填时间明显增长,使得激励器的工作频率受到很大限制。     

控制策略对无轴承开关磁阻电机铁心损耗的影响

分析了无轴承开关磁阻电机(BSRM)的3种负载控制策略(方波控制策略、最小磁势控制策略和平均悬浮力控制策略),以及每种策略下由悬浮力方程和转矩方程求解超前角和绕组电流的方法.由于控制对象和求解过程所引入约束条件的不同,即便相同负载状况时,3种控制策略求取的超前角和绕组电流结果也不同.利用瞬态有限元法获得了电机的动态磁密分布,并研究了3种控制策略下电机分别表现出的磁场特性.通过双频法分离铁损,分别计算了3种控制策略在不同转速时的电机涡流损耗和磁滞损耗,给出了电机铁心各部分损耗随转速变化的关系,由此得到了3种控制策略对铁心损耗的影响.     

高速永磁电机定转子小间隙三维流场计算

为了考察高速、超高速下这种“定转子环形间隙+定子槽”并联冷却结构的流场特性,针对一台额定转速120 000 r/min的超高速永磁电机,采用计算流体动力学方法对定转子小间隙三维流场进行了研究,分别考虑了定子槽、轴向冷却流,以及转速对电机定转子小间隙流场的影响。结果表明:定子开槽后,原先存在于定转子环形间隙内的泰勒涡消失了,另外高转速、轴向流加强了环形间隙区气流与定子槽区气流的混合程度。研究结果为高速永磁电机转子热设计提供了重要参考依据。     

控制策略对无轴承开关磁阻电机

分析了无轴承开关磁阻电机(BSRM)的3种负载控制策略(方波控制策略、最小磁势控制策略和平均悬浮力控制策略),以及每种策略下由悬浮力方程和转矩方程求解超前角和绕组电流的方法。由于控制对象和求解过程所引入约束条件的不同,即便相同负载状况时,3种控制策略求取的超前角和绕组电流结果也不同。利用瞬态有限元法获得了电机的动态磁密分布,并研究了3种控制策略下电机分别表现出的磁场特性。通过双频法分离铁损,分别计算了3种控制策略在不同转速时的电机涡流损耗和磁滞损耗,给出了电机铁心各部分损耗随转速变化的关系,由此得到了3种控制策略对铁心损耗的影响。     

A swept fin-induced flow field with different height mounting gaps

In order to apply the air fin successfully and ensure the maneuverability of hypersonic vehicle, a key problem to be studied urgently is the heat flux brought by the fin mounting gap. The appearance of mounting gap and fin shaft can induce many complex flow structures which need more attentions to be investigated. Under Ma 6, Nano-tracer-based Planar Laser Scattering (NPLS) and Temperature Sensitive Paints (TSP) were applied to visualize and measure transient flow structures and heat flux distribution of a swept fin-induced flow field with different height mounting gaps. Complementarily, Reynolds-averaged N-S equations were solved with k-ω SST turbulent model. The heat flux distribution results of numerical simulation and TSP observed the change of high heat flux region with different mounting gap, both in position and magnitude. The streamlines based on Computational Fluid Dynamics (CFD) and flow visualization results obtained by NPLS revealed the cause of high heat flux region. The high heat flux region in this flow field is mainly related to the reattachment of vortex and flow stagnation. The increase of gap height can lead to stronger gap overflow and shaft-induced horseshoe vortex, which are source of the high heat flux around the fin. The case with the highest mounting gap (4 mm) en-counters the most severe aerodynamic heating, both on the surface of fin and plate. Thus, under the premise of ensuring the flexibility of the fin, the gap should be set as small as possible.     

转子分段斜极对永磁伺服电机性能的影响

着重研究不同分段斜极段数对转矩波动和噪声的影响。通过Ansoft软件进行3D电磁场计算,并将3D场计算的气隙磁密进行矢量相加,利用Ansys软件将叠加后的平均气隙磁密进行2D声场计算,将分段斜极复杂的3D声场计算简单化,同时提出一种将转子分成两段斜极结构的简单工艺,并总结了满足该工艺的设计要求。通过试验验证,该仿真计算与试验基本一致,为该类电机设计计算提供参考。     

The Magnetic Field Pile-up and Density Depletion in the Martian Magnetosheath: A Comparison with the Plasma Depletion Layer Upstream of the Earth's Magnetopause

Using magnetometer and electron observations from the Mars Global Surveyor (MGS) and the Wind spacecraft we show that the region of magnetic field pile-up and density decrease located between the Martian ionosphere and bow shock exhibit strong similarities with the plasma depletion layer (PDL) observed upstream of the Earth's magnetopause in the absence of magnetic reconnection when the magnetopause is a solid obstacle in the solar wind. A PDL is formed upstream of the terrestrial magnetopause when the magnetic field piles up against the obstacle and particles in the pile-up region are squeezed away from the high magnetic pressure region along the field lines as the flux tubes convect toward the magnetopause. We here discuss the possibility that at least part of the region of magnetic field pile-up and density depletion upstream of Mars may be formed by the same physical processes which generate the PDL upstream of the Earth's magnetopause. More complete ion, electron, and neutral measurements are needed to conclusively determine the relative importance of the plasma depletion process versus exospheric processes.     

电机定子系统振动模态的研究分析

针对电机定子系统的振动与噪声特性,利用Ansys有限元仿真软件对电机定子系统三维模型进行模态仿真,得到电机定子系统的固有频率与振形,并通过试验对仿真结果进行验证。同时,对电机进行电磁仿真,分析其气隙磁密与电磁力谐波,得到电机内部电磁力各次谐波频率。将电磁力谐波频率与电机固有频率进行对比,确保电磁力谐波不会引起电机定子系统共振。验证了电机结构的合理性,为同类产品的设计优化提供了一定的参考价值。