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永磁辅助同步磁阻电机研究现状及发展趋势

电工技术学报 2022年第18期37卷 4575-4592页

作者：曹恒佩艾萌萌王延波哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学大型电机电气与传热技术国家地方联合工程研究中心哈尔滨150080

永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)以其高功率密度、高效率、高性价比及宽调速范围的优点,近年来已成为行业的研究热点,特别是在家用电器、电动汽车及工业电机等领域。在国内外研究现状的基础上,该文详细介绍了永磁辅助同步磁阻电机的优... 详细信息

永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)以其高功率密度、高效率、高性价比及宽调速范围的优点,近年来已成为行业的研究热点,特别是在家用电器、电动汽车及工业电机等领域。在国内外研究现状的基础上,该文详细介绍了永磁辅助同步磁阻电机的优化设计、转矩提升、转矩脉动抑制、机械强度、温升分布计算以及容错设计等方面的最新研究进展。分析了辅助槽与气隙等设计对转矩特性的提升;总结了中心肋与磁障等设计对机械强度的优化;解释了PMaSynRM在不同工况下的温升分布并总结了多相、绕组等设计对永磁辅助同步磁阻电机容错能力的提高。最后,考虑电机行业的发展趋势,对永磁辅助同步磁阻电机的研究发展进行展望。

关键词：永磁辅助同步磁阻电机转矩特性机械强度温度分布容错设计

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气隙固定磁通可调型永磁调速器极槽配合分析

Journal of Southeast University(English Edition) 2023年第1期39卷 74-80页

作者：李毅搏黄家才朱志莹南京工程学院工业中心、创新创业学院南京211167 南京工程学院电力工程学院南京211167

为了提升永磁调速器的输出转矩,并简化其调速过程中所需机械操动机构,将开槽导体转子结构和机械调磁方法相结合,提出了一种气隙固定磁通可调型永磁调速器.首先,分析新型永磁调速器的结构特征和运行原理;然后,基于理论模型和有限元法分... 详细信息

为了提升永磁调速器的输出转矩,并简化其调速过程中所需机械操动机构,将开槽导体转子结构和机械调磁方法相结合,提出了一种气隙固定磁通可调型永磁调速器.首先,分析新型永磁调速器的结构特征和运行原理;然后,基于理论模型和有限元法分析影响其基本电磁特性的关键因素,重点研究永磁极数与导体转子槽数之间的配合问题,并获取多种极槽配合情况下输出转矩滑差特性以及转矩脉动情况;最后,以输出转矩最大、转矩脉动最小为目标,获取最优极槽配合方案,并制造原理样机,得到其调速特性、功率、损耗和效率.结果表明:每对极导体转子槽数为奇数时,转矩脉动小;每对极导体转子槽数为偶数时,转矩脉动较大,并且随着每对极导体转子槽数的增加,转矩脉动降低.

关键词：永磁调速器极槽配合理论模型有限元方法笼型转子转矩特性

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限矩型液力偶合器气液两相环流特性仿真

机械科学与技术 2022年第9期41卷 1376-1380页

作者：王阳李志鹏唐欣怡长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410114

为了研究限矩型液力偶合器内部气液两相分布规律和转矩特性,以YOX500型限矩型液力偶合器为分析模型,采用流体体积法VOF(Volume of fluid)两相流模型,Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂(Pressure-implicit with splitting of op... 详细信息

为了研究限矩型液力偶合器内部气液两相分布规律和转矩特性,以YOX500型限矩型液力偶合器为分析模型,采用流体体积法VOF(Volume of fluid)两相流模型,Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂(Pressure-implicit with splitting of operators, PISO)压力耦合算法对不同充液率、不同工况下的偶合器内部流场进行瞬态模拟。结果表明:随着转速比的降低,偶合器内部环流逐渐由小环流变为大环流,80%充液率的条件下,泵轮叶片吸力面与压力面上的气液两相分布与试验结果基本一致,证明了该方法的有效性。在高转速比时,转矩特性与试验一致,低转速比时误差较大,该方法不再适用。

关键词：限矩型液力偶合器气液两相分布转矩特性流体体积法 Realizable k-ε湍流模型

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限矩型液力偶合器内部两相流动数值模拟

机械科学与技术 2023年第1期42卷 59-66页

作者：唐欣怡李志鹏王阳李铁梅孙军红长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410114 湖南中特液力传动机械有限公司湖南益阳413003

限矩型液力偶合器内部存在着复杂的气液两相流动,为掌握限矩型液力偶合器内部流场分布及转矩特性变化,分别采用VOF(Volume of fluid)与Mixture两相流模型对偶合器内部流场进行模拟计算,并对其转矩特性进行监测。通过VOF模型获得的偶合... 详细信息

限矩型液力偶合器内部存在着复杂的气液两相流动,为掌握限矩型液力偶合器内部流场分布及转矩特性变化,分别采用VOF(Volume of fluid)与Mixture两相流模型对偶合器内部流场进行模拟计算,并对其转矩特性进行监测。通过VOF模型获得的偶合器内部气液两相分布情况和通过Mixture模型得到的其内部压力速度分布图能够较好地反映偶合器内部流场变化情况。仿真结果表明:VOF模型能够较好地模拟出偶合器因流态转变而造成的转矩跌落情况,Mixture模型不能模拟出该效果,但在高、低转速比工况下模拟的转矩值仍具有一定参考意义。

关键词：限矩型液力偶合器气液两相流动转矩特性两相流模型

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永磁齿轮静态转矩影响因素分析

机械设计与制造 2022年第8期378卷 142-147,152页

作者：罗帅邹易达郝秀红袁晓明国家电投集团科学技术研究院有限公司北京102209 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

针对较大功率永磁齿轮在静态转矩特性分析中不能忽略轴向长度问题,建立其三维模型,分析其调磁环尺寸、内外转子铁芯尺寸等变化对转矩特性及转矩密度的影响规律,并与同条件下二维模型作对比。同时针对较大功率永磁齿轮漏磁问题,对其端部... 详细信息

针对较大功率永磁齿轮在静态转矩特性分析中不能忽略轴向长度问题,建立其三维模型,分析其调磁环尺寸、内外转子铁芯尺寸等变化对转矩特性及转矩密度的影响规律,并与同条件下二维模型作对比。同时针对较大功率永磁齿轮漏磁问题,对其端部效应进行研究。结果表明:轴向长度对转矩特性影响很大的原因是端部漏磁效应导致,其余结构参数的变化同样对转矩特性影响很大,以上研究为较大功率永磁齿轮变速样机设计及优化和转矩特性研究提供了参考。

关键词：永磁齿轮转矩特性端部效应漏磁永磁变速

矿用液力偶合器流场特性数值模拟及叶片数目优化

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机电工程 2022年第6期39卷 759-766页

作者：王国强崔红伟杨敬李莉李健任维微黄龙太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024 霍州煤电集团鑫钜煤机装备制造有限责任公司山西临汾031400

依靠传统一维束流理论难以有效对大功率矿用液力偶合器叶片数进行优化设计,针对这一问题,提出了一种基于计算流体动力学(CFD)的响应面模型叶片数优化设计方法。首先,对偶合器进行了三维数值模拟研究,并运用最优拉丁超立方方法设计了叶... 详细信息

依靠传统一维束流理论难以有效对大功率矿用液力偶合器叶片数进行优化设计,针对这一问题,提出了一种基于计算流体动力学(CFD)的响应面模型叶片数优化设计方法。首先,对偶合器进行了三维数值模拟研究,并运用最优拉丁超立方方法设计了叶轮的叶片数;然后,完成了不同叶轮叶片数下单流道流场计算模型的数值模拟计算,进行了涡轮和泵轮叶片数的敏感性分析,建立了其响应面近似模型,确定了叶轮叶片数与额定转矩之间的关系,完成了其叶片数的优化设计;最后,探究了不同叶轮叶片数下的偶合器叶轮流场及转矩特性分布规律。研究结果表明:涡轮叶片数z_(T)=37、泵轮叶片数z_(P)=34时,额定转矩值最大,响应面模型误差仅为0.93%,偶合器内流场分布特性合理地解释了叶轮叶片数对转矩特性的影响规律;优化后的叶轮叶片数有效地提高了偶合器额定工况时的工作性能,为偶合器优化设计与改进提供了可靠的方法。

关键词：刮板输送机机械传动系统内部流场特性叶轮叶片数转矩特性

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交错阵列嵌入式磁耦合器的设计与研究

交错阵列嵌入式磁耦合器的设计与研究

作者：薛俊强西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,永磁耦合器在风力发电、直线电动机、磁轴承等多个领域应用越来越广泛。与机械驱动相比,永磁耦合器有密封可靠、主从动件无接触、过载保护等优点。随着永磁材料发展,一些研究人员将重点放在对永磁体的排列方式和充磁方向的研究... 详细信息

近年来,永磁耦合器在风力发电、直线电动机、磁轴承等多个领域应用越来越广泛。与机械驱动相比,永磁耦合器有密封可靠、主从动件无接触、过载保护等优点。随着永磁材料发展,一些研究人员将重点放在对永磁体的排列方式和充磁方向的研究。本文首先对永磁耦合器的驱动原理和结构原理进行分类,分别介绍了同步式、涡流式、磁滞式耦合器的结构特点,分析了圆筒型和圆盘型在传动过程中各自的优缺点。筒型永磁耦合器在工作时,结构紧凑,永磁体利用率高,没有轴向力的影响;介绍了交错阵列充磁条形永磁体的基本原理,并分析了这种充磁排列结构的优势,为永磁耦合器的磁路排列方式提供理论基础。其次,对传统充磁和交错阵列充磁方式进行对比,得到交错阵列充磁具有气隙侧单边增强效应,从而提高永磁耦合器的传递效率;将交错阵列充磁结构的永磁体应用到圆筒型永磁耦合器中,并对永磁耦合器的结构进行设计;对磁耦合器的各个部件材料进行选取,最终设计出一款结构紧凑、磁体利用率高的交错阵列嵌入式永磁耦合器。然后,对永磁耦合器进行磁场仿真分析,通过Maxwell软件分别建立传统充磁结构和交错阵列充磁结构磁耦合器的二维模型;计算永磁体的长度、极数和磁体间隙所传递的转矩值,分析不同参数变化对最大转矩的影响规律;分别计算传统径向和交错阵列充磁结构下传递的转矩值,并分析不同角度下磁耦合器所传递转矩值的变化。最后,设计并搭建永磁耦合器扭矩测试实验平台,对传统排列和交错阵列耦合器分别进行最大转矩测试;对交错阵列充磁气隙为0.7mm、1.1mm、1.5mm分别进行最大转矩测试;对交错阵列不同充磁方向下不同角度的转矩进行测试;将实验测试的结果与仿真结果进行对比,实验曲线与仿真曲线在误差范围之内,从而验证了仿真分析软件的准确性,为永磁耦合器的设计提供了一定的借鉴意义。

关键词：永磁耦合器 Maxwell有限元分析转矩特性

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轴向组合式转子永磁同步电机设计及优化研究

轴向组合式转子永磁同步电机设计及优化研究

作者：刘信铎山东大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有转矩密度大、功率因数高的优点但存在弱磁调速困难的问题;同步磁阻电机具有调速性能好的优点但存在转矩密度较低、转矩脉动大的问题;永磁辅助式同步磁阻电机兼具一定转矩输出和弱磁调速能力,但存在较大的转矩脉动和铁... 详细信息

永磁同步电机具有转矩密度大、功率因数高的优点但存在弱磁调速困难的问题;同步磁阻电机具有调速性能好的优点但存在转矩密度较低、转矩脉动大的问题;永磁辅助式同步磁阻电机兼具一定转矩输出和弱磁调速能力,但存在较大的转矩脉动和铁心损耗的问题。单一的电机拓扑结构各自存在的缺陷限制了电机综合性能的进一步提升,故此本文提出一种新型轴向组合式转子永磁同步电机。其电机的转子部分为轴向夹心式,两侧采用轴向叠压各向异性(Axial Laminated Anisotropic,ALA)同步磁阻转子,中间部分采用轮辐式永磁同步电机转子。电机可以通过灵活设计不同转子间的组合角度改变转矩叠加机制,使各转子段最大转矩时的电流相位角收敛为同一个值,从而充分利用由于最优电流相位角不同造成的转矩浪费。另外ALA磁阻转子与轮辐式永磁转子相结合的转子拓扑形式,在充分利用电机转矩的同时,还可以拓宽电机调速范围,从而实现电机性能的综合提升。为了体现所提出的轴向组合式转子永磁同步电机的优点,本文采用优化设计、对比研究的方法设计所提出的电机,并与相同尺寸规格的传统永磁辅助式同步磁阻电机进行对比分析。据此本文详细的研究工作如下:(1)首先本文对永磁辅助式同步磁阻电机的拓扑结构与数学模型进行研究与定义,并据此分析了传统永磁辅助式同步磁阻电机的转矩特性。通过转子轴向组合的设计原理,确立了提出的轴向组合式转子永磁同步电机的拓扑结构。在内置式永磁同步电机以及同步磁阻电机传统数学模型的基础上,构建起提出的轴向组合式转子永磁同步电机的数学模型。在此基础上,将传统的永磁辅助式同步磁阻电机与提出模型的转矩成分变化图对比,并结合两者的转矩表达式进行分析。(2)使用遗传优化算法,对轴向组合式转子永磁电机的结构参数进行优化设计。首先对轮辐式永磁转子以及ALA同步磁阻转子的基本尺寸结构分别进行多目标设计优化,而后对组合转子间的轴向参数:转子间隔磁层、错位配置角以及轴向长度配比进行研究及优化设计,最终确定轴向组合式转子永磁同步电机的结构参数。(3)利用有限元仿真方法,采取对比研究的方法对轴向组合式转子永磁同步电机的性能进行分析。将相同尺寸规格的传统永磁辅助式同步磁阻电机作为参考模型,与提出的轴向组合式转子永磁电机进行空、负载特性分析,其中包括空载反电动势分析、电机的齿槽转矩分析以及负载转矩特性等。同时,对轴向组合式转子永磁电机的弱磁调速性能进行对比研究,并结合不同轴向配比情况下的电机弱磁调速能力,证明了轴向组合式转子永磁同步电机结构具有较为普遍的宽调速范围。(4)基于轴向组合式转子永磁同步电机的数学模型,利用MATLAB-Simulink模块搭建电机模型,并基于搭建的电机模型构建轴向组合式转子永磁同步电机的矢量控制系统,实现了轴向组合式转子永磁同步电机的矢量控制。并将矢量控制的结果与有限元分析的仿真结果相互比照验证。

关键词：轴向组合式转子永磁同步电机同步磁阻电机转矩特性矢量控制

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臂式惯性装填机构机电耦合系统研究

臂式惯性装填机构机电耦合系统研究

作者：吕孟恩中北大学

学位级别：硕士

大口径火炮自动化装填技术的应用有利于提高火炮射速、减少操作人员,是实现火炮无人化的关键技术之一。自动化装填分为强制装填和惯性装填两种技术方式,强制装填采用液压、气动或电机驱动输弹杆往复运动,模拟人工装填的方式将弹丸送至... 详细信息

大口径火炮自动化装填技术的应用有利于提高火炮射速、减少操作人员,是实现火炮无人化的关键技术之一。自动化装填分为强制装填和惯性装填两种技术方式,强制装填采用液压、气动或电机驱动输弹杆往复运动,模拟人工装填的方式将弹丸送至炮膛并确保可靠挤入膛线,然后输弹杆退出炮膛后完成闭锁击发,由于这种方式其可靠性较高,是目前国内外火炮的主流装填方式。惯性装填方式凭借驱动电机的瞬态能量赋予弹丸初速并依靠惯性完成卡膛动作,无需输弹杆退回动作,因此装填速度快,有利于提高火炮的爆发射速。本文针对惯性装填技术开展研究,采用高功率密度电机作为驱动方式,在不同射角下利用其瞬态加速性能赋予弹丸不同的初速,确保火炮全射角的装填一致性。首先,本文通过理论研究与仿真分析相结合的方法,对臂式惯性装填机构运动特性开展分析,通过分析可知在0°～70°射角内装填时,可靠卡膛需要弹丸存速为3.0m/s时,强制段弹丸分离点的速度变化范围是3.69～5.68m/s,驱动电机转速变化范围是1600～2500rpm。由于惯性装填过程中,电机作用时间只有150～250ms,其工作特点与传统电机有较大区别,因此开展专用型电机的分析设计。通过对装填时弹丸所需能量进行计算,初步确定了驱动电机的基本工作参数,然后通过磁路法计算电机的主要关键尺寸和永磁体结构等参数,并搭建了有限元模型。由于惯性装填中驱动电机瞬态输出能量较大,所以电机的起动特性以及转矩特性是论文研究的重点内容之一,以电机的起动特性为研究目标,借助Maxwell软件对电机的部分结构尺寸进行参数化扫描,采用控制变量法研究电机各项尺寸参数对电机输出性能的影响,然后通过调整参数进行优化设计,并分析优化后电机的起动性能。最后确定采用12槽10的高能量密度永磁同步电机作为惯性装填机构的驱动电机。其次,通过仿真分析和实验测试相结合的手段验证了装填电机的加速特性和单电机矢量控制系统的控制精度,搭建了Maxwell、Simplorer和Simulink多物理领域联合仿真平台,研究该电机在不同工况下的起动性能。最后通过实验验证了15°～70°装填角的装填性能,测试结果表明电机工作电流在55～66A,电机转速在1950～2674rpm范围内,弹丸能够完成可靠装填,验证了设计方案的可行性。

关键词：惯性装填高功率密度转矩特性矢量控制