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电工技术学报 2019年第13期34卷 2782-2792页

作者：杨玉岗吴瑶黄伟义辽宁工程技术大学电气与控制工程学院

旋转式无线励磁系统的核心部件松耦合变压器因存在大气隙,导致其漏感较大,无法有效地提高耦合系数,从而限制了系统效率的提升。为解决该问题,首先对旋转式松耦合变压器进行等效建模与漏感分析,针对常见绕组存在的缺陷进行了改进设计,提... 详细信息

旋转式无线励磁系统的核心部件松耦合变压器因存在大气隙,导致其漏感较大,无法有效地提高耦合系数,从而限制了系统效率的提升。为解决该问题,首先对旋转式松耦合变压器进行等效建模与漏感分析,针对常见绕组存在的缺陷进行了改进设计,提出PCB 绕组结构。利用Ansys/Maxwell 仿真分析软件确定该优化结构的可行性。设计S-S 谐振补偿方案,运用Simplorer 与Maxwell 进行联合仿真,进一步验证该方案的优化程度。最后搭建实验平台,对改进前后松耦合变压器在较大气隙条件下的耦合系数与传输效率进行对比,验证了所提方案的合理性。

关键词：旋转式无线励磁系统松耦合变压器绕组优化

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旋转式松耦合变压器的绕组优化设计

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磁性元件与电源 2022年第9期 186-196页

作者：杨玉岗王仕贤赵荣理李岚太原理工大学电气与动力工程学院太原030024

旋转式无线励磁系统的核心部件松耦合变压器因存在大气隙,导致其漏感较大,无法有效地提高耦合系数,从而限制了系统效率的提升。为解决该问题,首先对旋转式松耦合变压器进行等效建模与漏感分析,针对常见绕组存在的缺陷进行了改进设计,提出PCB绕组结构。利用ANSYS/MAXWELL仿真分析软件确定该优化结构的可行性。设计S-S谐振补偿方案,运用SIMPLORER与MAXWELL进行联合仿真,进一步验证该方案的优化程度。搭建实验平台,对改进前后松耦合变压器在较大气隙条件下的耦合系数与传输效率进行对比,验证了所提方案的合理性。

关键词：旋转式无线励磁系统松耦合变压器绕组优化 MAXWELL仿真

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轴向磁通无铁心永磁电机多层矩形扁线绕组涡流损耗解析计算及优化

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电工技术学报 2023年第12期38卷 3130-3140页

作者：王晓光尹浩余仁伟湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉430068 锐革机电(武汉)有限公司武汉430073

轴向磁通无铁心永磁电机的定子为无铁心结构,采用扁线绕制的定子绕组盘,具有槽满率高、平整度好、加工简单等特点。但是相对于圆形导线,矩形扁线具有截面积较大、涡流损耗大的缺点,导致电机损耗偏高、效率偏低。该文根据轴向无铁心电机... 详细信息

轴向磁通无铁心永磁电机的定子为无铁心结构,采用扁线绕制的定子绕组盘,具有槽满率高、平整度好、加工简单等特点。但是相对于圆形导线,矩形扁线具有截面积较大、涡流损耗大的缺点,导致电机损耗偏高、效率偏低。该文根据轴向无铁心电机磁场的三维分布特性,针对矩形扁线涡流损耗分布不均匀的特点,推导了定子无铁心扁线绕组特有的涡流损耗快速计算方法。在此基础上,基于涡流损耗的产生机理并以绕组铜耗最小为优化目标,建立了扁线绕组最优参数的求解公式。采用三维有限元软件仿真及样机测试的方法,验证了涡流损耗解析计算方法的有效性和准确性。结果表明,该文提出的涡流损耗计算公式以及导线参数优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率,所得结论可为轴向无铁心电机定子绕组的设计及优化提供理论依据。

关键词：无铁心永磁电机扁线绕组涡流损耗绕组优化

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弹用永磁无刷直流无槽电机设计与优化

弹用永磁无刷直流无槽电机设计与优化

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作者：万培熙山东理工大学

学位级别：硕士

永磁类电动机凭借其较高的功率密度、可靠稳定的运行特性等优势成为现如今航空航天、武器装备、工业生产以及生活等领域的主要作动器。制导导弹是现代军事武器中的一种,而舵机系统中的电动机是赋予导弹制导能力的关键。随着各种武器装... 详细信息

永磁类电动机凭借其较高的功率密度、可靠稳定的运行特性等优势成为现如今航空航天、武器装备、工业生产以及生活等领域的主要作动器。制导导弹是现代军事武器中的一种,而舵机系统中的电动机是赋予导弹制导能力的关键。随着各种武器装备技术的快速进步,制导导弹也正朝着体积更小、质量更轻、精度更高方向发展。永磁无刷直流无槽电机由于没有定子槽的存在,相比传统带有定子槽的电动机体积更小,应用于制导导弹中能够做到在弹体有限的空间内发挥其作用,以达到增加弹程的目的。本文针对弹用永磁无刷直流无槽电机的设计与优化展开研究。首先,本文介绍了永磁无刷直流无槽电机的基本结构和基本工作原理,分析了其数学模型以及稳态运行性能。并且,根据永磁无刷直流无槽电机的特点,介绍了此类电机的设计方法,包括其主要尺寸、永磁体尺寸以及绕组的设计。为适应导弹这种特殊的工作场合,通过查找对比材料的属性,挑选了合适的电机材料。通过建立此类电机的磁场模型,推导了气隙径向磁密的计算公式。接着,根据电机的技术指标以及介绍的设计方法设计了一种导弹常用的永磁无刷直流无槽电机,并且根据其尺寸参数使用三维有限元法分析了电机的空载工况与负载工况。然后,通过分析永磁无刷直流无槽电机特殊的绕组结构,本文说明了传统菱形绕组之所以能够改进的原因,并建立了单匝菱形绕组的等效二维优化模型,使用解析法将传统无槽电机的菱形线圈跨距优化到了最佳。同时,结合矩形线圈和菱形线圈的结构优势,基于优化菱形线圈的数学模型,使用解析法进一步改进得到了最优的六角形绕组结构方案,使电机性能达到了最佳。并且,基于优化后的绕组方案推导了电机的基本参数,使用三维有限元法对优化后的电机进行了空载工况、负载工况以及与传统电机功率密度对比分析,验证了解析公式的正确性,得到优化后的电机相比优化之前功率密度提高了12.68%的结论。最后,由于永磁无刷直流无槽电机具有较高的效率,为避免因温度过高而造成电机永磁体失磁、绝缘材料变脆以及其他部件损坏等不良后果,本文根据分析得到的电机各部分损耗值、散热系数以及导热系数等数据,针对优化后的电机进行了温度场分析。并且,结合温度场的三维有限元法证明,优化的电机能够保持长时间正常运作,优化方案合理有效。

关键词：舵机系统永磁无刷直流无槽电机有限元仿真绕组优化

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同极性定子永磁型无轴承薄片电机的研究

同极性定子永磁型无轴承薄片电机的研究

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作者：熊峰南京航空航天大学

学位级别：硕士

传统无轴承永磁电机由于其永磁体放置在转子上,不仅散热难,而且存在永磁体易碎、成本高等问题。针对这些问题,本文以一种同极性定子永磁型无轴承薄片电机（Homopolar Stator Permanent Magnet Bearingless Slice Motor,简称HSPMBSM）为... 详细信息

传统无轴承永磁电机由于其永磁体放置在转子上,不仅散热难,而且存在永磁体易碎、成本高等问题。针对这些问题,本文以一种同极性定子永磁型无轴承薄片电机（Homopolar Stator Permanent Magnet Bearingless Slice Motor,简称HSPMBSM）为研究对象,对其运行机理及解耦性能进行探讨研究,并进行结构优化设计,最后试制了一台样机来进行实验,为该电机的进一步研究奠定了理论基础。首先提出以12/4HSPMBSM为研究对象,进而分析研究了该电机的运行机理。使用虚功法推导了电机悬浮力和转矩表达式,从表达式中得出,当电机极对数P≥3时,该电机在悬浮力和转矩控制上相互解耦。根据悬浮力表达式还可以得出,悬浮绕组通电产生的气隙磁密的谐波分量会引起悬浮力波动。因此本文采用一种“准正弦”绕组来减小悬浮磁密的谐波,降低悬浮力波动。电磁场仿真验证表明HSPMBSM具有良好的解耦性能,并且使用“准正弦”悬浮绕组相比于使用三相悬浮绕组,其悬浮力波动下降了40.09%。接着使用理论计算与有限元计算相结合的方法,对12/4HSPMBSM样机的尺寸参数进行了详细设计。提出了传感器的安装方案,并仿真验证了霍尔传感器的安装方案的可行性。随后,在Isight多学科优化设计平台中,采用近似模型与优化算法相结合的优化设计方法,对转子齿形参数进行了优化。最终转矩波动降低45.36%,在采用“准正弦”绕组的情况下悬浮力波动又降低4.54%,同时转矩和悬浮力均值大小也能满足工作要求。最后研制了一台HSPMBSM样机,搭建了以d SPACE仿真控制器为核心的电机控制平台。实验成功实现了电机稳定旋转悬浮,当转速达到4000rpm时,转子振动位移不超过±75um,充分验证了HSPMBSM的可行性。

关键词：无轴承电机定子永磁电机优化设计同极性控制解耦绕组优化

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