Development of a high-performance magnetic gear

This paper presents calculation and measurement results of a high-performance permanent-magnetic gear. The analyzed permanent-magnetic gear has a gear ratio of 5.5 and is able to deliver 27 N/spl middot/m. The analysis has shown that special attention needs to be paid to the system where the gear is to be installed because of a low natural torsion spring constant. The analyzed gear was also constructed in practice in order to validate the analysis and predict the efficiency. The measured torque from the magnetic gear was only 16 N/spl middot/m reduced by the large end-effects. A systematic analysis of the loss components in the magnetic gear is also performed in order to figure out why the efficiency for the actual construction was only 81%. A large magnetic loss component originated in the bearings, where an unplanned extra bearing was necessary due to mechanical problems. Without the losses of magnetic origin in the bearings and less end-effects caused by relatively short stack, an impressive efficiency estimated at 96% can be obtained. Comparison with classical mechanical gears has shown that the magnetic gear has a better efficiency and a comparable torque per volume density. Finally, it is concluded that the results in this paper may help to initiate a shift from mechanical gears to magnetic gears.     

Contactless magnetic gear for robot control application

This paper describes the application of a magnetic gear to a robot by fulfilling the essential requirements for a robot control, which are velocity control, position control, and force control. A magnetic gear is a transmission device that realizes contactless torque transmission by applying a magnetic force. When using a magnetic gear, cogging torque and spring characteristics need to be considered. In this paper, we introduce an approximate model of cogging torque. This model is used for velocity control to attenuate the disturbance due to cogging torque. In the case of position control, the oscillations due to the spring effect of the magnetic attractive force become a problem. To reduce the adverse effect due to these oscillations, resonance ratio control is applied. We also propose to use a magnetic gear for realizing force sensorless bilateral control of teleoperation. Because of the frictionless transmission of a magnetic gear, the force sensorless estimation of a reaction force can be realized using a reaction force observer. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 184(4): 32–41, 2013; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22414     

双磁场调制磁齿轮转矩能力增强特性分析

磁齿轮能够实现低速大转矩输出。为了进一步提高同轴磁齿轮的输出能力,提出一种双磁场调制磁齿轮拓扑结构。双磁场调制磁齿轮将传统的表贴式同轴磁齿轮低速转子侧的转子轭用辅助调磁环代替,结构上包含2个转子,2个调磁环和3层气隙。分析双磁场调制磁齿轮的工作原理,采用有限元法,对新增调磁环的尺寸进行了优化。对比分析双磁场调制磁齿轮和传统表贴式同轴磁齿轮的磁场分布和传动转矩。不同传动比下,双磁场调制磁齿轮的转矩能力普遍高于传统表贴式同轴磁齿轮。当传动比为7.5时,双磁场调制磁齿轮的低速转子最大输出转矩达到70.81N·m,与相同尺寸的传统表贴式同轴磁齿轮相比,转矩能力提升了54%。稳定运行时,双磁场调制磁齿轮的低速转子转矩脉动有所增大。     

阻尼绕组对磁力齿轮动态特性的改善

与传统机械齿轮相比,磁场调制式磁力齿轮输入与输出轴之间非机械连接,具有无磨损、无润滑、大速比与过载保护等特点,使得其在变速机械方面具有特殊应用价值。然而,由于两转子间存在非刚性磁耦合特性,导致在启动以及负载和速度发生变化时,出现暂态振荡现象。为了提高整个传动系统的动态稳定性,提出一种在高速转子侧增加阻尼绕组的结构设计,在电磁场有限元分析基础上,建立了动态仿真模型,对磁力齿轮增加阻尼绕组前后动态性能进行对比研究,结果证明阻尼绕组结构能有效减小传动系统的振荡幅值,缩短调节时间。     

基于磁齿轮调制的复合电机有限元分析

为了降低机械损耗,获得高转矩密度电机,研究了一种磁齿轮复合电机,该电机充分利用磁场调制型磁齿轮内部空间,将磁场调制型磁齿轮和永磁电机复合在一起。利用有限元软件建立磁齿轮复合电机二维有限元模型,分析了电机磁力线分布、气隙磁密及对应的傅里叶分析、感应电动势、稳态运行转矩、齿槽转矩等特性。仿真结果表明,此类复合电机磁力线分布均匀,气隙磁密对应的最大谐波次数符合设计要求,三相反电动势对称性好,内外转子转矩比与传动比一致,齿槽转矩较小。与传统永磁电机相比此类电机有很好的转矩传输比和较高的转矩密度,具有很好的应用前景。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场全局解析法分析

针对Halbach阵列同心式磁力齿轮这种内外转子非接触传递的传动装置,运用全局解析法对磁力齿轮内外两层气隙磁场进行分析计算.求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,各子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系.得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,并用计算了内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性.     

磁场调制式同心齿轮的结构优化和参数分析

首先简要介绍了磁场调制式同心齿轮的原理,在此基础上提出一种外转子改进型磁力齿轮拓扑结构,对其外转子磁力线和气隙磁密进行分析。用电磁分析软件建立磁力齿轮的有限元计算模型,改变调磁环铁心宽度及外转子永磁体的宽度和高度等参数,分别计算最大静态转矩,得到其与结构参数的关系。静态转矩随结构参数均呈先增大后减小的变化,表明选择合理的结构参数才能优化器件的性能,为磁力齿轮的设计提供了有益参考。     

同轴式磁力齿轮试验样机的参数优化与设计改进

针对一台传动比为-15/7的同轴式磁力齿轮试验样机存在转矩密度偏低的问题,运用二维有限元法分析调磁极片的径向齿高、相对齿宽、连接桥位置及内外磁体充磁方式、磁体体积对转矩密度的影响,从而来寻找提升转矩密度的措施。结果表明,在不增加制造成本的前提下,通过改进调磁极片和磁体的相关参数使转矩密度提升43%,磁力齿轮外径缩小7.5mm。     

高转矩密度偏心式谐波磁力齿轮原理与仿真设计

与同轴式磁力齿轮相比,偏心式谐波磁力齿轮更适用于大传动比领域.在传统磁力齿轮的基础上,外永磁体采用切向充磁且嵌入式安装在定子侧,内永磁体采用60°Halbach阵列.建立有限元分析模型,分析比较了两种磁力齿轮的磁场分布,在静态模型下分析了两种磁力齿轮的磁力线分布,对其气隙磁密、谐波与转矩分别进行对比分析.仿真结果表明,...     

传统充磁与正弦充磁磁齿轮磁场分布及转矩特性对比分析

为提高磁场调制式磁齿轮的转矩密度,改变传统充磁方式,分析了一种正弦充磁磁齿轮。利用Ansoft软件构建了两种充磁方式磁齿轮的有限元模型,在静态模型下分析了两种磁齿轮的磁力线分布,计算了内外层气隙磁通密度,获得了内外层气隙磁密的各主要谐波;计算了模型中内外转子的静态转矩和稳态运行转矩。对两种充磁方式磁齿轮的气隙磁密、谐波以及转矩进行了比较,结果表明在同体积下正弦充磁磁齿轮具有较小的谐波含量和较高的转矩。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮参数分析与优化设计

直驱式同心式磁力齿轮在低速大转矩领域有广泛的应用前景。为获得较正弦分布气隙磁场,所用永磁体采用Halbach阵列充磁,用二维全局解析法计算同心式磁力齿轮磁场分布;分析了调磁环铁心宽度、调磁环高度及外转子轭部厚度等参数与磁力齿轮最大静态转矩之间的关系。磁场全局解析法计算结果与有限元分析结果一致性较好,验证了解析模型的正确性;根据参数分析结果,制作了一台内转子4对极、外转子17对极的Halbach阵列同心式磁力齿轮样机,样机试验结果表明,合理选择结构参数可以提高磁力齿轮的转矩密度,对磁力齿轮的设计提供一种有益参考。     

新型永磁调磁式磁齿轮的设计与优化

为了提高磁齿轮的输出转矩和运行转速、减小永磁体的涡流损耗,提出一种新型永磁调磁式磁齿轮,分析其工作原理和转矩特性,结果表明相比较传统的磁齿轮,新型永磁调磁式磁齿轮具有传动效率高、转矩密度高、可高速传动的优点。在此基础上,为了获得新型磁齿轮的最优结构参数,以提升输出转矩和减小齿槽转矩为优化目标,提出一种基于参数敏感性和响应面法相结合的多目标优化方法,对新型磁齿轮的永磁调磁块、外转子及内转子永磁体等结构参数进行优化设计,利用有限元法分析优化前后新型磁齿轮的电磁性能,表明多目标优化方法可进一步提升新型磁齿轮的输出性能,为其应用和优化设计奠定了基础。     

可调式多角度接地线夹

目前输电线路停电检修需要用两种地线线夹。这里介绍一种新型的可调式多角度接地线夹。一种代替两种，使用更方便，尤其需要将接地线挂到耐张绝缘子串外侧导线时，更显其优越。使线路停电的安全接地更加便捷、可靠。     

大容量变频调速技术

介绍了几种大容量变频调速装置的主电路方式 ,比较了它们的优缺点。详细讨论了矩阵变换器和多电平变频器的结构及控制方式。指出采用大容量变频调速装置后对电机运行所带来的影响。简要的介绍了一些变频调速的控制策略     

新型可调式多角度接地线夹的设计

分析了目前输电线路停电检修中所挂接地线的应用弊端和当前常用接地线夹结构不合理之处,设计出新型可调式多角度接地线夹,其接地线夹导线挂钩与接地棒之间的角度可以根据检修人员所站位置手持接地棒与导线所成角度进行相应调节。利用新型可调式多角度接地线夹的接地线很容易地将接地线挂到耐张塔瓷瓶串外侧的导线上,使线路停电检修工作的挂接地线这一环节变得更加方便、安全。     

浅析可调式磁脱扣器的设计

分析了可调式磁脱扣器的两种调节原理:调节气隙和调节反力,结果表明调节气隙的方式效率更高、线性度更好。在此基础上,针对应用于电动机保护的3~11In大范围可调式磁脱扣器,分析了一种实现方案及其原理,并提出一种新型实现方案。     

可调延时继电器的研究

普通延时继电器在封装后延时时间是不能更改的。可调延时继电器在产品封装后,还可以通过外面的引出杆更改产品的延时时间、甚至延时类型。文章叙述了研制可调延时继电器在实现大批量生产和提高产品投入产出率等方面的意义及采用8脚单片机,实现可调延时继电器研制的初步方案。     

可调高压脉冲信号设计

高压脉冲在工业、科研、医疗、生活、安保等领域有着广泛的应用.设计了3 kV和5 kV可调的高压脉冲电源,这样的高压脉冲电源电压可以随需要而改变.对于使用频谱分析气体成分时,可用于解决离子迁移问题.由于高压的IGBT器件被某些发达国家垄断,提出了一种解决方案:利用普通的MOS管通过串联方式得到的MOS组代替高压IGBT器件实现高压电子开关,并利用电压反馈的方式实现了高压可调.通过实验结果,可以看出本方案的可行性以及优越性,为以后研究带来启迪作用.     

可调式多角度接地线夹

针对目前输电线路停电检修中挂接地线的两种典型方式进行分析,了解了当前常用接地线夹结构不合理之处,设计出新型可调式多角度接地线夹,利用可调式多角度接地线夹很容易将接地线挂到耐张塔瓷瓶串外侧的导线上,使线路停电检修工作的挂接地线这一环节变得更加方便、安全.     

新型可连续调节的TSC式消弧线圈

随着消弧线圈的广泛使用,传统的消弧线圈已经不能满足电网发展的需要。提出了一种新型可连续调节的TSC式消弧线圈,详细阐明了这种新型消弧线圈的工作原理,并比较了其优缺点。