飞轮储能用Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机的设计

为了有效简化系统结构,提高系统功率密度和效率,提出一种外转子Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机应用于飞轮储能系统的电动机/发电机.阐述了外转子无轴承永磁电机的工作原理;分析了Halbach阵列永磁转子的结构和性能;通过有限元方法对电机的气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力和电磁转矩进行计算和分析;最后采用场路耦合瞬态有限元法分析了无轴承永磁电机的转子涡流损耗.仿真结果表明,与传统的无轴承电机相比,Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机在气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力、电磁转矩以及转子涡流损耗方面表现出更好的性能,适合应用于飞轮储能系统.     

浮环动静压轴承的稳定性研究

动静压浮环轴承因具有承载能力高、结构紧凑、摩擦功耗低等优点 ,常被用作高速旋转设备的支撑系统。但当转子高速旋转时 ,轴承的油膜就成为转子系统丧失稳定性的原因之一 ,本文在建立内外膜相互作用力学模型的基础上 ,采用Routh Hurwitz判别法等方法 ,推导出浮环动静压轴承的稳定性判别准则和失稳加速度的计算公式 ,为动静压浮环轴承的稳定性设计提供了理论判据     

AZ4903光刻胶在微电机定子绕组制作中的应用

为满足电磁型平面微电机对定子绕组线圈的高深宽比及厚度要求,提出一种利用AZ4903光刻胶制作电磁平面微电机定子绕组的方法。通过反复摸索,得到了该光刻胶的较理想的转速胶膜厚度、前烘时间温度的关系曲线及合适的曝光、显影时间。制作出了厚度为40μm、陡直度良好的定子绕组线圈。把利用该工艺制作的定子绕组和转子装配后形成了微电机,通过对该电机转速和输出力矩的测试结果表明,电机运转平稳、力矩波动小。     

惯导轴承摩擦力矩特性试验

惯性导航系统轴承(简称惯导轴承)运行在温度及转速不断变化的复杂工况下,它的摩擦力矩特性关系到运载体的姿态稳定和相关仪表指示精度。本文在自行研制开发的试验台上,测试了某型号惯导轴承在不同转速、轴向载荷、环境温度及运转时间下的摩擦力矩。试验结果表明:转速对惯导轴承摩擦力矩的影响最大,轴承摩擦力矩随转速波动变化;惯导轴承摩擦力矩随轴向载荷的增加而增加,但并非线性关系,且在承受较小轴向载荷时轴承摩擦力矩随转速的波动变化趋势较平稳;环境温度对惯导轴承摩擦力矩有明显影响,在不同的dn值(轴承内径与转速的乘积)下轴承摩擦力矩随温度升高呈现不同的变化趋势;惯导轴承需要一定的跑合时间,轴承摩擦力矩在初始运行阶段有一个短暂的下降过程,之后达到稳定值。     

考虑摩擦补偿的SEA弹性体刚度在线估计方法

提出了一种考虑摩擦补偿的串联弹性作动器(SEA)弹性体刚度在线估计方法.该方法利用作动器在适当条件下电机电流补偿摩擦力矩后估计的力矩来实时校准弹性体刚度,以减小弹性体刚度变化带来的力矩估计误差.通过实验定量分析了基于谐波减速器的系统摩擦力矩模型参数.对比弹性模型和电流模型计算力矩的优缺点,分析出当电机角速度在适当范围且负载变化较小的稳定状态时,电流力矩模型补偿摩擦力矩后可准确地计算负载力矩.负载稳定状态时,以电流模型估计力矩,并采用卡尔曼滤波算法对弹性体刚度实时校准.负载不稳定状态时,以弹性模型估计力矩.实验结果表明,本方法能有效克服弹性体刚度变化导致的力矩误差.     

大力矩行波超声电机的性能

研制了一种新结构、大力矩行波型的超声电机。该超声电机中,压电片被粘接到金属体上构成振动体,作为转子,并与外壳接触。电机的外壳兼作定子。通过转子、定子之间的摩擦力驱动转子转动。这种电机结构除减少了单独的转子部件外,还提高了超声电机的力矩输出性能。利用有限元方法对电机的转子进行优化设计,计算了直径100mm的行波超声电机的转子的模态。根据设计制作出样机。并对样机性能进行了测试,堵转力矩超过了4N.m。该电机具有重要的应用前景。     

PWM控制隔爆异步电机定子绕组短路损耗分析

矿用隔爆电机是煤矿井下设备的主要驱动电机,大部分采用逆变器供电,使得电机的谐波损耗增大;定子绕组短路故障是电机的主要故障类型,发生短路故障后,电机的损耗也会发生变化,对PWM供电防爆异步电机定子绕组短路故障损耗变化的研究对电机温度场的研究和故障诊断具有重要的理论意义。为了对定子绕组故障后的电机损耗的特点和变化规律进行研究,建立了一台刮板输送机用防爆异步电动机定子绕组短路故障时的场-控-路耦合二维有限元模型,首先对电机的定子电流和气隙磁密的进行计算,然后对电机的铜耗、磁滞损耗和涡流损耗进行了计算和分析。通过分析可知:电机发生定子绕组短路故障后,故障相的电流增大,使得电机的铜耗大大增加,磁滞损耗和涡流损耗也增加。通过对电机整体损耗的分析,为电机温度场的计算和故障诊断提供理论依据。     

磁通切换型轴向磁场永磁电机定位力矩分析

为了有效削弱磁通切换型轴向磁场永磁(AFFSPM)电机的定位力矩,利用解析法与有限元法相结合,对AFFSPM电机的定位力矩进行分析.采用能量差分法建立了该类电机定位力矩的解析表达式;基于ANSYS建立了一台三相12/10极AFFSPM电机全场域三维有限元模型,对其定位力矩进行仿真计算.结果表明:当转子齿宽占内径圆弧10.5,°且为准扇形齿时,该电机的定位力矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,定位力矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小;转子齿表面开合适的辅助凹槽有利于削弱该电机的定位力矩;两侧定子错齿虽然可以削弱定位力矩,但会给电机运行带来副作用.     

电子机械制动执行器的摩擦力矩和能耗分析

为了实现在设计阶段对系统摩擦力矩的合理预估,提高执行器性能预测的准确性,以行星齿轮滚珠丝杆式电子机械制动执行器为研究对象,分析系统摩擦的主要来源及其对执行器性能的影响;建立执行器系统动力学模型和摩擦力矩模型,将理论计算与实验相结合,对模型参数进行了辨识,基于理论计算和实验辨识结果的对比分析讨论了两者存在差异的原因;同时分析摩擦模型参数对制动间隙消除时间和最大制动夹紧力的影响,各部件摩擦对系统摩擦力矩的影响及其随转速和载荷的变化规律,以及紧急制动过程中执行器产生的摩擦能耗.结果表明:影响制动间隙消除时间的摩擦主要来源于电机和滚珠丝杆;影响制动夹紧能力的摩擦主要来源于滚珠丝杆、电机和推力轴承,随着制动夹紧力的增加滚珠丝杆和推力轴承对系统摩擦的影响增大,而电机的影响显著降低;紧急制动过程中,执行器产生的有效力矩传递比仅为73.56%,摩擦能耗高达48.1%.     

传递函数法轴承-转子系统不平衡响应抑制

为了解决残余不平衡力随着转子同步高速旋转时导致轴承-转子系统产生不平衡响应的问题,提出适当增大偏心率以提高油膜刚度、进而抑制不平衡响应的方法。基于动静压柔性铰链可倾瓦轴承,首先结合流量平衡原理与液体润滑雷诺方程得出轴瓦油膜的压力分布模型,并建立转子运动方程以及瓦块力矩平衡方程;然后提出轴承-转子系统的简化方法,并根据得到的简化系统的运动微分方程推导系统的标准传递函数;最后为确定人为增大偏心率的实施方案,研究了轴心定位策略,并通过最小二乘拟合法得到轴心位置-控制力方程。数值仿真结果表明:轴心定位策略能实现较高的定位精度,不平衡响应的抑制效果显著,x和y方向的振动幅值均降低为原来的10%左右。适当增大偏心率使得油膜刚度提高,能够有效抑制轴承-转子系统的不平衡响应。     

永磁球形电动机转矩特性的数值计算与分析

提出了一种新型永磁球形电动机的基本结构与运行机理,建立了其三维有限元分析模型;针对驱动电机自转的转矩进行了数值仿真,得到了永磁球形电动机的电磁转矩特性曲线和磁阻转矩特性曲线．通过比较分析球形电机不同转子极充磁方式、定子线圈铁心磁导率以及定子外壳是否采用铁磁材料时电磁转矩特性的变化,得出了提高球形电机输出转矩的有效途径．系统地分析了球形电机主要参数的变化对电机转矩的影响,得到了永磁球形电动机最大静转矩随定子极高度、定子铁心半径、永磁含量系数、线圈安匝数以及气隙长度等参数的变化规律．分析结果为永磁球形电动机的优化设计提供了依据．     

基于田口迭代法的高速永磁同步电机电磁优化设计

为优化高速永磁同步电机在额定工况下运行的性能,本文以电机的额定转矩、转矩脉动、定子铁芯损耗和磁密幅值作为待优化性能,采用改进的田口迭代优化算法研究定子外径、气隙长度、磁钢外径、轴向长度和定子槽深对上述性能的影响．通过建立正交试验矩阵,利用ANSYS电磁仿真软件仿真计算出各参数组合下的电机性能,在确保反电势线电压和额定转矩性能在限制范围内,优先选择定子铁芯损耗最低和磁密幅值最小的参数组合．仿真计算显示,用改进的田口法迭代优化后的性能较原始相比,均有较大的提升．其中,额定转矩性能降低了5.2%,转矩脉动减小49.3%,定子铁芯损耗降低了35.5%,磁密幅值降低了13.1%,电机整体性能得到优化．同时与传统全参数正交优化方法相比,该设计减少了仿真的次数,提高了优化设计效率,具有一定的实用性．      

电动车高速轮边减速器传动效率建模与分析

以某电动车高速轮边减速器为研究对象,考虑齿轮啮合损失、搅油损失、风阻损失及轴承损失等因素,建立了该减速器的总效率计算模型,研究了工况参数和设计参数对减速器各种损失及总效率的影响规律。结果表明,随着工况参数转速、转矩、摩擦系数、齿高倍数和运动黏度的增大,系统效率均减小,其中转速、转矩和摩擦系数对总效率影响较大,齿高倍数和运动黏度对总效率的影响较小;减速器设计参数主动轮齿数和法面模数的变化均导致总效率先增加再减小,螺旋角的增加可明显提高系统效率。     

单端面机械密封摩擦系数的测定

本文研究了单端面机械密封装置的端面摩擦扭矩测量方法。对主轴承摩擦扭矩、旋转体在介质中的搅拌扭矩和端面摩擦扭矩进行了测试。在测试中考察了由于介质压力的变化引起轴向力的改变,致使主轴承摩擦扭矩改变的情况,以及介质的粘度变化引起搅拌扭矩的变化及其对端面摩擦扭矩的影响。采用两种方法测定的端面摩擦扭矩计算其摩擦系数,给出了计算实例。两种计算结果有对比性,较为稳定,精确度高,故该方法可用于评价机械密封的摩擦性能。     

无刷双馈电机谐波转矩及定子绕组环流的分析

在分析无刷双馈电机的磁场分布及定子功率绕组、定子控制绕组和转子绕组所产生的各次谐波及其相互作用的基础上,提出了谐波等效电路、分析了谐波转矩的产生及其对无刷双馈电机运行性能的影响,并分析了无刷双馈电机转子绕组感应电流产生的谐波磁场在定子绕组中的感应电压,以及定子绕组并联支路中环流的产生原因．为无刷双馈电机的分析设计及其谐波分析提供了理论工具．     

可调零,高灵敏度的摩擦焊摩擦加热电流检测系统的研究

利用异步电机定子电流的轨迹，结合摩焊的摩擦时间短、功率变化大等特点，分析比较了检测定子电流与在定子端检测转子折算电流的优缺点。由于焊机系统存在着机械传动部分的能量损耗，在转子折算电流的检测电路中，着重以相量图为工具，分析设计了扣除这部分损耗的调零电路。该调零电路由幅值调零和相位调零两部分组成，且相位调整零采取激磁电流前移的办法，借助微机控制，可使该系统具有较高的测量精度和灵敏度。     

惯性陀螺仪高速精密微型球轴承的动态摩擦力矩特性

针对高速精密球轴承内部动态摩擦力矩对惯性陀螺仪性能的影响问题, 在高速微型球轴承拟动力学基础上结合能量守恒原理, 考虑润滑油特性, 按照摩擦产生的机理建立了摩擦力矩的数学分析模型, 对高速条件下不同工况、结构参数和润滑油特性等对轴承内部摩擦力矩的影响进行了分析, 并进行了系统的试验研究. 结果表明, 该数学模型正确可行, 可以指导高速微型球轴承的设计、优化和应用.     

四极四相开关磁阻电机电磁场的有限元分析

本文对一种绕组按N,S交替排列的开关磁阻电动机原型进行了四个典型的物理模型的有限元分析;提供了11种不同定、转子相对位置的磁链φ与电流i之关系图及等矢量磁位线分布图,给出了给定激磁电流条件下的转矩T与转子位置θ的变化曲线T=f(θ)及电,感L与电流i、转子位置θ的变化曲线L=f(i,θ)。文中还进行了计算与实验结果的对比。     

扇区集中式改进型不等齿多相永磁同步电机分析

为了降低电动汽车用表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)的相间互感,提高其容错性能,提出一种可模块化设计的采用改进不等齿宽定子的扇区集中式分数槽集中绕组(fractional slot concentrated winding,FSCW)定子拓扑结构。在此基础上,推导了这种新拓扑结构仅由定子绕组产生的气隙磁密频谱的可行极槽组合,并对其可选的极槽组合方案进行分析。有限元分析(FEA)证明了这种新型拓扑结构可以有效地减小相间互感,提高输出转矩。通过建立采用这种新型拓扑结构的每相2线圈、每相3线圈、每相4线圈的六相SPMSM模型,比较反电动势(electromotive force,EMF)、转矩脉动、损耗和隔磁性能,得出了每相2、3、4组线圈的扇区集中式改进型不等齿FSCW电机的特性。结果表明,每相偶数组线圈和极数较少的极槽配合方案的转矩波动更低,隔磁性能更好,另外,每相线圈数越多电机的永磁体涡流损耗越低,但定子铁芯损耗越高。