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新型Halbach阵列盘式永磁电机的磁场解析

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电机与控制学报 2024年第2期28卷 21-31页

作者：王晓远尹春霞李天元天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

基于印制电路板(PCB)技术的盘式永磁电机(AFPMM)提出一种新型Halbach阵列的转子结构,该阵列结构简单、易于优化。运用矢量磁位法对新型转子产生的空载气隙磁密进行解析推导,获得关于气隙磁场的数学模型。基于该模型,保持永磁体总用量不... 详细信息

基于印制电路板(PCB)技术的盘式永磁电机(AFPMM)提出一种新型Halbach阵列的转子结构,该阵列结构简单、易于优化。运用矢量磁位法对新型转子产生的空载气隙磁密进行解析推导,获得关于气隙磁场的数学模型。基于该模型,保持永磁体总用量不变,以永磁体极弧系数比和径向长度比作为优化变量,气隙磁密基波幅值和谐波畸变率作为优化目标,确立最优转子结构参数。三维有限元仿真结果表明,解析法所得的气隙磁密波形与有限元法基本一致,验证了所提出解析模型的合理性。与传统Halbach阵列相比,新型Halbach阵列气隙磁密基波幅值提升了10.3%,同时谐波畸变率由19.8%降至4.8%,优化效果明显,可以有效降低高频工况下电机的涡流损耗、提升电机效率。最后制造一台样机进行相关实验测试,验证了解析和仿真分析的正确性,对PCB定子AFPMM的设计具有一定参考价值。

关键词：解析法电机设计盘式永磁电机气隙磁密 Halbach阵列印制电路板定子

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机电集成超磁致驱动系统转矩特性研究

北京理工大学学报 2024年

作者：刘欣湛晨星王晓远天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津大学电气自动化与信息工程学院

针对传统驱动系统尺寸大和输出转矩小的问题，提出一种结构紧凑、驱动效率高且能够减速增矩的机电集成超磁致驱动系统。基于该驱动系统的结构原理，由超磁致伸缩材料的本构方程建立了其电磁驱动部分的静力学方程，得到了该驱动部分的输... 详细信息

针对传统驱动系统尺寸大和输出转矩小的问题，提出一种结构紧凑、驱动效率高且能够减速增矩的机电集成超磁致驱动系统。基于该驱动系统的结构原理，由超磁致伸缩材料的本构方程建立了其电磁驱动部分的静力学方程，得到了该驱动部分的输出位移和作用力；根据活齿与动定双盘的驱动关系，建立了活齿在空间的受力模型，由活齿和动盘在传动面内的受力平衡方程得到各活齿受到的力，进而推导出活齿架受力和该集成驱动系统的输出转矩；分析了活齿受力和输出转矩的变化规律，并讨论了驱动电流和关键结构参数对该集成驱动系统输出力矩的影响规律。结果表明，动盘轨道偏心距对输出转矩的影响较大。

关键词：超磁致伸缩机电集成电磁驱动空间受力输出转矩

电动汽车用内置式永磁同步电机转矩脉动分析及抑制

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电工技术学报 2024年

作者：王力新王晓远高鹏刘双双天津大学电气自动化与信息工程学院

针对内置式永磁同步电机转矩脉动大、转子结构复杂优化设计困难的问题，将转子上的隔磁桥抽象为转子虚槽，并研究转子虚槽位置对电机转矩性能的影响，在此基础上提出一种通用的优化转子结构降低转矩脉动的方法。首先，推导考虑转子虚槽... 详细信息

针对内置式永磁同步电机转矩脉动大、转子结构复杂优化设计困难的问题，将转子上的隔磁桥抽象为转子虚槽，并研究转子虚槽位置对电机转矩性能的影响，在此基础上提出一种通用的优化转子结构降低转矩脉动的方法。首先，推导考虑转子虚槽影响的电机转矩的解析计算模型，并总结转子虚槽位置对电机转矩的影响规律，进而总结了降低转矩脉动的电磁设计原则。对不同转子结构的内置式永磁同步电机进行有限元仿真计算，验证解析模型。其次，以一台8极48槽电动汽车用内置式永磁同步电机为例，根据降低转矩脉动的原则对转子结构进行优化。计算优化前后的电机的电磁性能，结果表明该方法能够有效降低电机的转矩脉动。最后，通过样机试验验证了理论分析以及仿真的有效性，为解决电机转矩脉动大、转子结构优化困难的问题提供了一种有效的方法。

关键词：内置式永磁电机转矩脉动转子虚槽电动汽车

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机械运动整流发电机电磁性能分析与实验研究

微特电机 2024年第5期52卷 1-5页

作者：刘欣薛志伟王晓远天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

针对双向机械能发电时转子频繁换向而带来能量损失的问题,机械运动整流永磁发电机结合行星传动,可以实现双向输入机械能到转子单向输出发电的过程。为了研究该发电机的电磁性能,建立了其电磁结构仿真模型,得到其空载电动势、气隙磁密以... 详细信息

针对双向机械能发电时转子频繁换向而带来能量损失的问题,机械运动整流永磁发电机结合行星传动,可以实现双向输入机械能到转子单向输出发电的过程。为了研究该发电机的电磁性能,建立了其电磁结构仿真模型,得到其空载电动势、气隙磁密以及负载状态运行下的电磁性能。加工研制一台实验样机,并搭建该发电机的电磁性能测试平台,该发电机的实测电磁性能与仿真结果基本一致,验证了该发电机电磁结构的合理性和有限元仿真模型的有效性。

关键词：运动整流永磁发电机电磁性能电动势负载运行

思政教育融入高校数学专业课堂的研究与探索——以《最优化方法》课程为例

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教育进展 2024年第4期14卷 912-917页

作者：孙菊贺王莉王晓远翟林李艳杰李文杰沈阳航空航天大学理学院辽宁沈阳沈阳市第一百二十中学辽宁沈阳

高校思想教育的根本目的是帮助大学生树立正确的世界观、价值观、人生观和政治观。为了培养出德才兼备的优秀大学生,我们必须将思政教育融入专业课堂。数学专业是纯理科专业,理论研究多于社会实践,有着固守书本的特点。因此,思政元素融... 详细信息

高校思想教育的根本目的是帮助大学生树立正确的世界观、价值观、人生观和政治观。为了培养出德才兼备的优秀大学生,我们必须将思政教育融入专业课堂。数学专业是纯理科专业,理论研究多于社会实践,有着固守书本的特点。因此,思政元素融入专业课堂对于数学专业的大学生尤为重要。本文以《最优化方法》课程为例,讨论了目前教学的现状,提出了将思政教育融入专业课堂的想法,并指出思政教育具有一定的广泛性,即思政教育不仅仅指的是政治思想,也包括哲学、历史、科研、实践等各个方面的渗透和引导,这样才能为国家培养出既具有崇高的理想、高尚的品德,又具有扎实的专业素养的人才。

关键词：思政教育数学专业课程最优化方法

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超环面双转子混合动力系统性能分析及优化

电机与控制学报 2023年第5期27卷 56-64页

作者：刘欣冯皓王晓远天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

超环面双转子电机(PMTM)是一种新型空间电机,在混合动力汽车领域具有十分广阔的应用前景。为使该空间双转子电机的动力参数在混合动力系统中合理应用,在采用相同动力输入的前提下,通过与Prius汽车搭载的丰田混合动力系统(THS)对比,推导... 详细信息

超环面双转子电机(PMTM)是一种新型空间电机,在混合动力汽车领域具有十分广阔的应用前景。为使该空间双转子电机的动力参数在混合动力系统中合理应用,在采用相同动力输入的前提下,通过与Prius汽车搭载的丰田混合动力系统(THS)对比,推导了超环面双转子混合动力系统的动力参数。为了对比两者燃油经济性和动力性,搭建了采用THS和超环面双转子混合动力系统的仿真模型,仿真结果表明,两者在动力性上相差不大,且超环面双转子混合动力系统的燃油经济性优于THS。采用模糊PI控制策略,对超环面双转子混合动力系统中发动机转速进行控制,结果表明,该控制策略能够将发动机工作点较好地集中于最佳燃油经济区,进一步提高了双转子混合动力系统的燃油经济性。

关键词：混动汽车超环面电机燃油经济性动力性发动机转速优化双转子电机

一种新型机械整流式转子永磁发电机结构及其电磁特性

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西安交通大学学报 2022年第12期56卷 86-96页

作者：刘欣牛磊磊王晓远天津工业大学现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为了有效收集利用永磁发电机系统中的往复运动机械能量,提出了一种新型机械整流式转子永磁发电机结构。该结构是在其齿圈转子内部增设行星定轴传动系统,并选择滚珠丝杠作为该发电机的原动机,通过集成于定轴系统中的两个单向轴承的单向... 详细信息

为了有效收集利用永磁发电机系统中的往复运动机械能量,提出了一种新型机械整流式转子永磁发电机结构。该结构是在其齿圈转子内部增设行星定轴传动系统,并选择滚珠丝杠作为该发电机的原动机,通过集成于定轴系统中的两个单向轴承的单向锁止作用将输入端的双向直线运动转化为齿圈转子的单向旋转,实现机械整流功能。建立了发电机6极36槽物理模型,采用气隙相对磁导法对该模型在不同机电结构参数和丝杠往复运行工况下的电磁特性进行分析。仿真结果表明:所提发电机效率的变化幅度受永磁体结构参数、中心轮齿数和气隙长度变化的影响在10%以内,效果并不显著;在负载增至30Ω、丝杠往复速度为1 m/s和驱动力为100 N的工况下,所提发电机效率达到最高,接近于80%,且趋于稳定,相比于往复速度、驱动力分别为0.2 m/s、100 N以及1 m/s、500 N的工况,其效率分别提升了约26%、22%,且效率变化幅度受丝杠往复速度比变化减小了7.2%,受往复驱动力比变化减小了21.2%。结果表明,通过增大丝杠往复速度和负载电阻,同时减小其往复驱动力,不仅能够有效提高所提发电机对往复运动机械能量的利用效率,还能减弱丝杠往复速度比和往复驱动力比变化对其效率变化幅度产生的影响。

关键词：永磁发电机电磁特性往复运动单向轴承机械整流

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电动轻型车辆驱动用切向充磁永磁电机研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第10期55卷 1045-1052页

作者：陈学永王晓远高鹏天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 天津内燃机研究所天津300072

针对电动轻型车辆用驱动电机,设计开发了一种新型永磁体内置式永磁同步电机(IPMSM).电机的转子采用永磁体切向充磁(spoke-type)结构,在保证转子机械强度和兼顾电机电磁特性的前提下,提出了一种IPMSM用spoke-type混合冲片转子结构,并采... 详细信息

针对电动轻型车辆用驱动电机,设计开发了一种新型永磁体内置式永磁同步电机(IPMSM).电机的转子采用永磁体切向充磁(spoke-type)结构,在保证转子机械强度和兼顾电机电磁特性的前提下,提出了一种IPMSM用spoke-type混合冲片转子结构,并采用了非均匀气隙设计.采用有限元法分析计算了电机的空载反电动势波形、齿槽转矩及不同工作条件下的输出转矩特性,并与采用内置V-type转子结构的IPMSM进行对比分析.研究分析结果表明,在保证与内置V-type转子结构的IPMSM相同电磁特性的条件下,采用本文所提出的spoke-type混合冲片转子结构,永磁体的用量可减少32%,从而实现了降低电动轻型车辆用驱动电机的制造成本.

关键词：电动轻型车辆永磁体内置式永磁同步电机切向充磁结构混合冲片

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永磁超环面电机优化三矢量模型预测电流控制

北京航空航天大学学报 2023年

作者：刘欣王正阳王晓远天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津大学电气自动化与信息工程学院

为了提高传统预测电流控制下永磁超环面电机系统的稳态输出性能，本文研究了超环面电机优化三矢量模型预测电流控制(OTV-MPCC)策略。基于超环面电机的结构原理，在旋转坐标系下建立了该电机具有时变参数的数学模型，分析了其结构参数对... 详细信息

为了提高传统预测电流控制下永磁超环面电机系统的稳态输出性能，本文研究了超环面电机优化三矢量模型预测电流控制(OTV-MPCC)策略。基于超环面电机的结构原理，在旋转坐标系下建立了该电机具有时变参数的数学模型，分析了其结构参数对超环面电机输出的影响。针对含有时变参数的超环面电机系统，采用超环面电机OTV-MPCC策略，该策略在一个采样周期内作用3个电压矢量，同时通过遍历5种三矢量组合选取第二最优电压矢量，减少了电流预测迭代。将超环面电机的OTV-MPCC策略与占空比模型预测电流控制(DR-MPCC)策略以及双矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)策略进行了仿真对比。研究结果表明，OTV-MPCC策略能有效降低超环面电机的电流与转矩的脉动，从而提高其稳态输出性能。

关键词：永磁超环面电机优化三矢量模型预测控制时变参数电流控制