永磁接触器等效磁路模型研究

针对永磁接触器线圈通入正反向励磁电流时永磁体内磁通分布不均匀,永磁体内部工作点不同的问题,提出按永磁体磁路截面磁通密度不同,沿充磁方向对永磁体进行分块等效的方法。以一单线圈单稳态永磁接触器为例,通过仿真分析在不同励磁电流情况下其磁通的分布,建立该接触器的等效磁路模型。将求解获得的动铁心在不同工作条件下的吸力计算值与实测值进行比较,结果表明吸力计算误差在10%以内,验证了所提出的永磁体分块建立等效磁路模型方法的正确性和有效性。     

基于等效面磁荷的开放式永磁磁路解析计算与有限元仿真验证

对永磁体外部包括铁磁性试件内的磁场进行空间解析计算在工程应用中具有重要意义,为此研究放置式和穿过式开放永磁磁路模型解析计算.采用等效面磁荷法对上述两种模型中的永磁体进行等效,并应用截断区域特征函数展开法和传递矩阵求解磁标位方程,得到了两种模型中包含铁磁材料和空气在内的全空间磁场分布.为简化计算,对穿过式开放永磁磁路模型中的环形径向磁化永磁体用改进的面磁荷模型进行等效.与有限元仿真结果的对比显示:两种解析模型中磁感应强度沿不同坐标轴方向分量的最小相对误差小于3％,在穿过式开放永磁磁路模型中磁感应强度分量最大相对误差约为20％,表明改进的面磁荷模型是基本可行的.     

继电器静态吸力(矩)特性有限元仿真中永磁体等效模型研究

永磁体是含永磁继电器的关键部件。针对去磁曲线为非线性的永磁体,充、退磁后各部分磁化不均匀的问题,提出根据具体磁化情况沿磁化及垂直于磁化方向进行永磁分块等效的方法。该方法首先建立永磁的退磁模型,仿真某一退磁场作用下永磁的退磁状态,据此求得各永磁小块的回复线起始点及回复线,然后将各小块永磁体回复线特性作为其材料属性,进行该退磁场下的继电器静态吸力(矩)特性仿真的永磁模型等效。最后通过继电器静态吸力矩特性的仿真与实验结果对比,验证了所提等效模型的正确性。     

基于三维磁场仿真分析的含永磁继电器等效磁路模型的建立

具有非线性B-H特性曲线永磁体的等效是影响含永磁继电器等效磁路计算准确度的重要因素之一.首先通过有限元软件对永磁进行三维磁场仿真分析,获得永磁各截面磁感应强度分布曲线,根据曲线特点对永磁进行分段等效,给出各段永磁等效磁动势的求解方法.在此基础上,针对某型号含永磁继电器磁系统的具体结构,建立其等效磁路模型,计算继电器的吸...     

基于磁力线划分的开路条形非线性永磁体分布参数模型

含有AlNiCo、FeCrCo等非线性永磁体的电磁机构,在参数设计过程中需要进行上千次的电磁吸力计算,若使用有限元等数值方法,将消耗大量计算时间,而传统等效磁路法的计算精度有限。为了解决这一问题,提出了一种永磁体分布参数模型(distributed parameter calculation model,DPM),推导其完整的数学模型及校验条件;以某牌号开路状态下条形非线性永磁单体为例,使用基于磁力线划分的建模方法,求解各分段的起始工作点及截面磁通,并对比有限元方法和实验测试数据,验证了该分布参数模型在永磁单体计算中的正确性。对比有限元法与实测结果可知,该模型具有计算速度快、计算精度较高的特点。     

宽调速可控磁通永磁同步电机磁路设计和有限元分析

提出了一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机,是真正意义上的宽调速电机.其径向永磁体采用剩磁密度和矫顽力都很高的钕铁硼,而切向永磁体采用剩磁密度高但矫顽力却很低的铝镍钴.通过定子直轴电流矢量脉冲控制铝镍钴的磁化方向和强弱,使钕铁硼产生的磁通部分穿过气隙,部分被铝镍钴在转子内部旁路,使永磁气隙主磁通受控.给出了永磁体尺寸和磁路结构尺寸的选取原则,特别是将交轴磁路磁阻设计的较大,交轴电感较小时,弱磁效果会更好,还能减少电枢反应对永磁气隙主磁通的影响.对两种极端磁化状况下模型电机内部磁场的分布进行了有限元分析,说明所提出的设想是可行的.     

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。     

变磁通记忆电机磁化特性分析

该文采用磁滞模型与有限元分析结合的方法分析变磁通记忆电机磁化性能。通过研究铝镍钴永磁材料磁化特性,建立一种新型的磁滞模型,可计算出施加任意直轴电流脉冲下铝镍钴永磁体的磁化曲线方程,并给出变磁通记忆电机充退磁有限元分析方法。基于磁滞模型和有限元仿真结合的方法,研究了充磁过程中电机的磁场分布,以及电枢电流和转子位置对铝镍钴永磁体磁通密度的影响,以减小电机的最大充磁电流及充磁时间,进而降低电机充磁损耗并获得最佳充磁性能。并在考虑铝镍钴永磁体磁化程度不均匀的情况下,计算了不同充磁电流作用后电机的空载反电动势、气隙磁通密度以及充退磁特性曲线,评估了变磁通记忆电机的磁化性能。最后设计并制作了一台样机进行了实验验证,实验结果与有限元分析结果较为吻合。     

可变磁通永磁记忆电机调磁特性

建立了可变磁通永磁记忆电机永磁体连续去磁和重新充磁的磁化模型,给出了去磁时的回复线方程和充磁时的局部磁滞回线方程,采用有限元法对电机施加不同定子直轴电流时的磁通分布和永磁体内的磁通密度变化进行了分析,据此计算了电机永磁体在不同磁化状态时的气隙磁通密度、相磁链、相反电动势、每极气隙磁通等参数。文中给出了记忆电机连续去磁与充磁的有限元分析流程。设计制作了一台样机进行了实验验证,实验结果与有限元计算结果吻合较好。有限元计算与实验结果同时表明,记忆电机能实现连续近似线性去磁,但增磁特性呈非线性;永磁体的充磁比去磁困难,饱和充磁电流大约是完全去磁电流的4倍。     

内置式一字型永磁同步电动机磁极结构优化设计

本文在12槽10极传统内置式一字型永磁同步电动机基础上,提出一种不等厚梭型偏心永磁体磁极形状.首先以空载气隙磁通密度正弦度及齿槽转矩为优化目标,给出不等厚梭型偏心磁极结构气隙磁通密度解析模型;然后结合内置式永磁同步电动机等效磁路法模型进行推导,编写Matlab程序进行求解计算,利用有限元分析软件进行仿真.计算与仿真结果表明,不等厚梭型偏心磁极结构能有效提高电动机空载气隙磁通密度波形正弦度,同时削弱齿槽转矩.     

一种外转子可变磁通永磁记忆电机设计与弱磁性能分析

设计了一种外转子可变磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了电机模型,给出了永磁材料磁化特性和电机工作模型。采用有限元分析方法,对电机的弱磁性能进行探究,给出了电机施加不同直轴去磁电流时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线和磁通密度分布曲线。仿真结果表明,该电机具有良好的弱磁性能,其调磁过程主要通过改变铝镍钴永磁体的磁化水平实现。     

内置混合式可控磁通永磁同步电机有限元分析

提出一种转子内同时放置钕铁硼和铝镍钴两种永磁体的内置混合式转子磁路结构的可控磁通永磁同步电机。它充分利用钕铁硼剩磁密度和矫顽力都很高，铝镍钴剩磁密度很高而矫顽力很低的特点，使两种永磁体在磁性能上合理配合。通过控制直轴电流矢量脉冲的幅值和方向来控制铝镍钴的磁化强弱和方向，使气隙永磁磁通受控，实现宽范围弱磁调速。介绍了电机工作原理，进行了电磁场有限元分析，给出了不同磁化状况下电机磁场分布图及气隙磁场曲线，指出了增加交轴磁阻的必要性，总结出永磁体尺寸对电机弱磁倍数影响的变化规律。     

异极式永磁偏置径向磁轴承的建模与实验

为了满足储能飞轮系统、卫星动量轮等对高空间利用率的需求,提出了一种异极式永磁偏置径向磁轴承的拓扑结构。通过在槽口放置平行充磁的永磁体获得紧凑的结构,同时永磁磁路和电励磁磁路耦合距离较短,有利于获取高解耦特性。该文首先采用磁力线法,分别获取考虑齿槽效应、转子偏心的永磁磁场、电励磁磁场的气隙磁通密度分布,建立了磁路模型;然后根据磁路模型求解位移刚度和电流刚度,建立磁轴承的数学模型;与有限元仿真进行对比,证明所建立的磁场模型能够准确计算气隙磁通密度分布。设计、制造一台实验样机并进行相关实验,实验结果验证了磁路模型及有限元仿真的可靠性。     

永磁体参数对双定子球形电机磁场影响的研究

永磁球形电动机采用不同的永磁体结构参数,对电机的电磁场会产生一定的影响。论文提出一种新型双定子永磁球形电动机,建立不同的永磁体参数的电机模型,对比分析不同参数的永磁体结构对电机电磁场的影响。利用三维有限元法分别对电机内外磁场进行建模分析,得到了气隙磁通密度径向分量分布数据。同时,针对永磁体的结构参数进行了静磁场磁通密度和磁场分布计算,建立了球坐标系下永磁体磁场有限元求解模型,进行对比分析。理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,文中对转子永磁体的磁通密度进行了测试,与仿真计算结果一致。     

永磁接触器的快速磁场分析和动力学预测模型(英文)

提出一种永磁接触器的快速磁场计算和动力学预测模型。该模型用以求解永磁接触器中电磁和永磁共同产生的磁场和机械运动的耦合计算问题。该文描述了永磁接触器的结构和参数;建立了基于集中参数磁路法的等效磁路模型,推导了耦合电路模型和机械模型的运动方程;针对75A永磁接触器样机分别采用磁路法和有限元方法计算了不同位移时的电磁力,计算误差在6.7%范围内,磁路法仿真所需时间少于采用有限元方法的1%;对合闸过程的电流、位移和速度特性进行了仿真和实验。实验结果与仿真结果基本一致,验证了所提快速磁场计算和动力学预测模型的有效性。     

轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。     

基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计

针对双转子单定子模块化轴向永磁电机的磁场和性能计算,基于等效磁路法提出一种快速计算模型,探讨了定子内外径、永磁体轴向长度、气隙长度等参数对电机损耗和效率的影响。针对一台30k W定子模块化轴向永磁电机进行了效率优化设计,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机气隙和定子齿的磁通密度波形、感应电动势等。该模型考虑了磁路饱和、电枢反应、漏磁通以及定转子相对运动的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了模型的正确性与优化设计的有效性。     

一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析

设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。     

基于内置式永磁预偏磁的高频功率电感技术

在电力电子变换中,有很多始终处于单极性工作状态的电感,从磁化曲线上看就是始终工作于第一象限。基于永磁体的预偏磁电感技术可以将磁化曲线的起始工作点从零点预偏置到相反方向,从而有效拓宽磁通密度的有效工作范围,并缩小这类电感的体积。常规预偏磁电感都是将永磁体内置到气隙中或是外置构成并联磁路,但在电流产生的高频磁通通过永磁体时,会在永磁体内引起严重的涡流损耗问题,并导致电感损耗且发热增加严重,同时过高的温度会引起永磁体的退磁风险。该文介绍一种磁路设计方法,通过内置式永磁预偏磁方案,可以有效地解决实际应用中出现的结构复杂和永磁体损耗问题。通过理论分析,并结合电磁仿真和实验进一步验证,结果显示这种磁路设计方法可以有效地解决预偏磁技术在高频电感应用中的退磁问题。     

基于磁场和等效磁路的磁通变换器特性仿真和优化设计

通过有限元方法计算磁通变换器的三维磁场和静特性,再联立线圈电路瞬态方程和铁心机械运动方程,运用四阶龙格-库塔法求解动特性,分析了放电电容容量和电压、线圈匝数对动静特性的影响.根据磁通变换器的三维磁场分布采用磁场分割法进行磁路拟合,利用该等效磁路实现了动态特性和静态特性的同步优化.实验结果表明,该方法计算精度高,并能达到静态特性和动态特性的综合最优化,克服了已有设计方法中对动态特性和静态特性分步优化的缺点.