亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        改進(jìn)式Halbach磁體結(jié)構(gòu)直線電機(jī)設(shè)計(jì)與分析

        2018-04-27 05:02:09劉旭明施振川
        微特電機(jī) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:充磁齒槽磁體

        張 靜,劉旭明,施振川

        (1.金陵科技學(xué)院,南京 211169;2.東南大學(xué),南京 210096)

        0 引 言

        隨著海洋波浪能發(fā)電技術(shù)研究的不斷深入, 近幾年出現(xiàn)了多種用于直驅(qū)式波能發(fā)電裝置的直線發(fā)電機(jī),主要為直線感應(yīng)永磁發(fā)電機(jī),磁通切換電機(jī),以及直線磁齒輪發(fā)電機(jī)等[1-3]。這些電機(jī)有效改進(jìn)了波浪能發(fā)電裝置的輸出特性,運(yùn)行穩(wěn)定性。但由于我國國內(nèi)海岸線較長,波浪能密度相對較小,波浪運(yùn)動具有不規(guī)則等特點(diǎn)使得波浪發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行在低速及不規(guī)則的運(yùn)動條件下,這導(dǎo)致電機(jī)電能輸出效率較低。此外由于直線電機(jī)邊端效應(yīng)和齒槽類電機(jī)的齒槽效應(yīng),使得整個發(fā)電裝置所承受的機(jī)械應(yīng)力較大,這些原因都制約著直線電機(jī)在波浪能發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用[4-5]。

        本文提出了一種采用改進(jìn)式的Halbach永磁陣列結(jié)構(gòu)(T型永磁體環(huán)結(jié)構(gòu)和爪型永磁體結(jié)構(gòu))的無齒槽直線發(fā)電機(jī),該電機(jī)可以提高電機(jī)氣隙磁通密度,且無電機(jī)齒槽力,單位體積下永磁體用料降低,故能有效地提高直線電機(jī)的電能輸出效率及運(yùn)行的穩(wěn)定性。

        1 無齒槽直線電機(jī)模型設(shè)計(jì)

        本文提出的筒型無齒槽直線電機(jī)采用初級電樞繞組結(jié)構(gòu),次級永磁體環(huán)結(jié)構(gòu)。其中初級(定子)主要包括鐵軛,無齒槽結(jié)構(gòu)和圓餅形繞組;電機(jī)次級(動子)主要包括背鐵和永磁體環(huán)結(jié)構(gòu)。分析模型采用R-Z坐標(biāo)系,如圖1所示為電機(jī)的三維結(jié)構(gòu)模型。

        圖1 無齒槽直線發(fā)電機(jī)三維模型

        該電機(jī)的次級與波浪發(fā)電裝置的運(yùn)動浮子相連,通過波浪的往復(fù)運(yùn)動帶動電機(jī)次級運(yùn)動,故交聯(lián)在電機(jī)繞組上的磁鏈也發(fā)生周期性變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,其表達(dá)式:

        (1)

        式中:ψ為磁鏈;Bz為徑向磁通密度。本電機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)符號見圖1中的電機(jī)次級內(nèi)徑、初級外徑與初級長度,以及圖2中永磁體陣列結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù),電機(jī)具體的參數(shù)符號與對應(yīng)的數(shù)值如表1所示。

        表1 筒型無齒槽直線電機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

        2 改進(jìn)式Halbach永磁體結(jié)構(gòu)

        當(dāng)該無齒槽電機(jī)的初級部分設(shè)置相同的鐵軛和繞組參數(shù)時,電機(jī)的氣隙磁通密度是小于同等情況下的帶齒槽類電機(jī)的氣隙磁通密度。為提高本文的無齒槽類直線電機(jī)的氣隙磁通密度,本文提出了在普通Halbach永磁陣列結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的兩種改進(jìn)式的永磁體結(jié)構(gòu),如圖2所示(圖2為次級軸向剖面的二分之一結(jié)構(gòu)圖)。

        (a) Halbach永磁體環(huán)陣列結(jié)構(gòu)

        (b) 爪型永磁體環(huán)陣列結(jié)構(gòu)

        (c) T型永磁體環(huán)陣列結(jié)構(gòu)

        根據(jù)普通旋轉(zhuǎn)類永磁電機(jī)中的永磁體陣列模型充磁角度的計(jì)算方法,推導(dǎo)出筒型永磁直線電機(jī)Halbach永磁陣列中永磁體環(huán)充磁角度的計(jì)算方法[6-10]。本文中永磁體環(huán)充磁角度差的計(jì)算公式:

        (2)

        由式(2)可知,當(dāng)M=1,即Halbach磁體結(jié)構(gòu)的每極的段數(shù)為1時,相鄰磁體結(jié)構(gòu)的充磁方向角度差θM為180°;當(dāng)M=2,即Halbach磁體結(jié)構(gòu)的每極的段數(shù)為2時,相鄰磁體結(jié)構(gòu)的充磁方向角度差θM為90°,如圖2(a)所示;當(dāng)M=3,即Halbach磁體結(jié)構(gòu)的每極的段數(shù)為3時,相鄰磁體結(jié)構(gòu)的充磁方向角度差θM為60°,如圖2(b)所示;當(dāng)對M=2時的Halbach磁體結(jié)構(gòu)剖面由矩形變成T字型即為改進(jìn)的磁體Halbach結(jié)構(gòu),如圖2(c)所示。依次,可以得到不同充磁角度差的磁體結(jié)構(gòu),但對磁體的制作工藝要求將更高。

        3 電機(jī)特性分析

        根據(jù)搭建的初級采用無齒槽結(jié)構(gòu)的電機(jī)模型,首先對次級采用Halbach磁體結(jié)構(gòu)的電機(jī)空載電動勢和電機(jī)磁阻力進(jìn)行分析和計(jì)算;其次當(dāng)電機(jī)初級結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下,將次級分別采用爪型永磁體環(huán)結(jié)構(gòu)和T型永磁體環(huán)結(jié)構(gòu)時電機(jī)的性能進(jìn)行對比分析。

        3.1 電機(jī)空載電動勢與諧波含量分析

        當(dāng)電機(jī)初級采用無齒槽結(jié)構(gòu),次級采用Halbach磁體結(jié)構(gòu),計(jì)算當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在空載情況下,電機(jī)次級運(yùn)動速度為恒速0.4m/s時,圖3給出通過有限元分析法計(jì)算出該電機(jī)一個周期內(nèi)的單相電動勢波形曲線。由圖3可以看出,電機(jī)在運(yùn)行速度恒為0.4m/s時,電動勢波形峰值可達(dá)到30V。

        圖3 電機(jī)空載電動勢曲線

        本文采用遺傳算法結(jié)合有限元分析法對該電機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。令K為永磁體厚度和徑向充磁永磁塊長度的比值,通過優(yōu)化分析得出隨著K的變化,電動勢幅值和電動勢波形諧波含量的變化曲線,如圖4所示。

        圖4 電機(jī)空載電動勢曲線

        其中諧波含量為計(jì)算公式:

        (3)

        式中:Un和U1分別為電動勢波形中的諧波含量和基波含量。

        由圖4可以看出,隨著比率K的不斷增大,電動勢波形諧波含量不斷減小,當(dāng)K=0.75時電動勢波形諧波含量達(dá)到最小值,約為2.6%,之后曲線趨于平穩(wěn)。

        由圖4還可以看出,隨著比率K的不斷增大,電機(jī)感應(yīng)電動勢幅值不斷增大,當(dāng)K=0.6時電動勢幅值可以達(dá)到最大值,約32V,之后曲線有所回落。

        3.2 磁阻力分析

        永磁直線電機(jī)內(nèi)部的磁阻力主要由電機(jī)的邊端效應(yīng)力和齒槽力構(gòu)成。其中邊端效應(yīng)力僅存在于短初級型永磁直線電機(jī)中,是由電機(jī)初級鐵心的邊端齒結(jié)構(gòu)與次級永磁體結(jié)構(gòu)之間反應(yīng)產(chǎn)生;而電機(jī)齒槽力在短初級型電機(jī)或長初級型電機(jī)內(nèi)都存在,是由初級鐵心內(nèi)部齒槽結(jié)構(gòu)與次級永磁體結(jié)構(gòu)之間反應(yīng)產(chǎn)生[11-17]。在電機(jī)低速運(yùn)行時,電機(jī)磁阻力波動將影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。由于本電機(jī)屬于短初級型直線電機(jī),故存在邊端效應(yīng)力,但本電機(jī)初級采用無齒槽結(jié)構(gòu),可以避免產(chǎn)生齒槽力。

        根據(jù)分析得出電機(jī)磁阻力波動與永磁體徑向充磁永磁體塊寬度WP1及永磁體軸向充磁永磁體塊寬度WP2之間的變化曲線關(guān)系,如圖5所示。由于徑向充磁永磁體環(huán)的體積為有效的充磁體積,可以看出,當(dāng)WP1

        圖5 電機(jī)磁阻力波動曲線

        3.3 電機(jī)性能對比分析

        電機(jī)初級結(jié)構(gòu)參數(shù)不變,將次級分別采用Halbach磁體環(huán)結(jié)構(gòu)、爪型永磁體環(huán)結(jié)構(gòu)和T型永磁體環(huán)結(jié)構(gòu)時對電機(jī)動態(tài)性能進(jìn)行對比分析。此時保證電機(jī)的初級結(jié)構(gòu)與電機(jī)參數(shù)一定的前提下進(jìn)行分析,結(jié)構(gòu)與參數(shù)見圖1、圖2和表1。

        電機(jī)輸出電壓波形諧波含量是表征電機(jī)性能的較為重要的參數(shù)之一。圖6給出了電機(jī)次級分別為3種不同永磁體結(jié)構(gòu)下的電動勢波形諧波含量對比情況。可以看出,當(dāng)圖2中永磁體極距τp為20mm時,3種不同永磁體結(jié)構(gòu)的輸出電動勢波形諧波含量達(dá)到最小,其中次級為Halbach永磁體結(jié)構(gòu)時諧波含量為4.9%,次級為T型永磁體結(jié)構(gòu)時諧波含量為3.8%,次級為爪型永磁體結(jié)構(gòu)時諧波含量為3.65%。

        圖6 電機(jī)電動勢諧波含量對比

        3.4 電機(jī)效率計(jì)算與分析

        波浪發(fā)電用直線發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率是電機(jī)運(yùn)行的重要性能指標(biāo)之一,根據(jù)計(jì)算分析得出當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載為10Ω時輸出功率可以達(dá)到108W,然后效率隨著外接負(fù)載的增加而不斷減小[13]。

        直線電機(jī)效率的計(jì)算公式如下:

        (4)

        式中:PE為電機(jī)輸出功率;PM為驅(qū)動電機(jī)的機(jī)械功率。

        由上述的仿真計(jì)算得出該電機(jī)的平均電磁力為317N,且電機(jī)的直線運(yùn)行速度為0.4m/s,故驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行的機(jī)械功率為126.8W,由式(4)可計(jì)算出該電機(jī)的最大發(fā)電效率約為85.1%。

        4 實(shí)驗(yàn)分析

        本文根據(jù)一臺筒型具有M=2的Halbach磁體結(jié)構(gòu)齒槽型直線發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和驗(yàn)證,電機(jī)如圖7所示。當(dāng)該電機(jī)在勻速直線運(yùn)動下(直線速度為0.4m/s)測得電機(jī)在空載運(yùn)行情況下單相電壓輸出波形如圖8所示。由圖8可以看出,該電機(jī)的輸出電壓峰值可以達(dá)到30V,從而驗(yàn)證了本文電機(jī)模型和分析方法的正確性。由于電機(jī)對Halbach磁體結(jié)構(gòu)的充磁及貼制工藝存在一定局限,以及電機(jī)在勻速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)過程中驅(qū)動平臺存在一定誤差使得實(shí)驗(yàn)波形存在一定諧波含量,這也更說明采用改進(jìn)的Halbach磁體結(jié)構(gòu)將會有效減少普通永磁直線電機(jī)輸出電壓的諧波含量,提高輸出波形正弦性。

        圖7 Halbach磁體結(jié)構(gòu)直線電機(jī)

        圖8 實(shí)驗(yàn)電機(jī)輸出電壓波形

        5 結(jié) 語

        本文介紹一種應(yīng)用于直驅(qū)式低速波浪能轉(zhuǎn)換裝置的無齒槽永磁直線型發(fā)電機(jī),并根據(jù)該電機(jī)的結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)式的Halbach永磁陣列結(jié)構(gòu)。根據(jù)有限元分析方法對該種電機(jī)進(jìn)行動態(tài)分析和性能對比,分析結(jié)果表明該電機(jī)可以提高電機(jī)的空載電動勢峰值,提高電機(jī)氣隙磁密,減少電機(jī)的磁阻力波動值。且采用改進(jìn)式Halbach永磁體結(jié)構(gòu)的筒型無齒槽直線電機(jī)具有更好運(yùn)行特性,適合小波浪低速下的直驅(qū)波浪發(fā)電裝置。

        [1]DELLICOLLIV,CANCELLIEREF,MARIGNETTIF,etal.Atubulargeneratordriveforwaveenergyconversion[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics.2006,53(4):1152- 1159.

        [2]AROFH,EIDAM,NORKM.Permanentmagnetlineargeneratordesignusingfiniteelementmethod[C]//InternationalConferenceonElectrical,ElectronicandComputerEngineering.IEEE, 2004:893-896.

        [3] 袁榜,余海濤,胡敏強(qiáng).海浪發(fā)電用Halbach磁體結(jié)構(gòu)圓筒直線發(fā)電機(jī)性能分析[J].微電機(jī),2011,44(2):20-23.

        [4] 戴魏,余海濤,胡敏強(qiáng).基于虛功法的直線同步電機(jī)電磁力計(jì)算[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(22):110- 114.

        [5] 張靜,劉旭明,陳琦,等.圓筒型Halbach永磁單相直線發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析[J].微特電機(jī),2014,42(8):20-22.

        [6] 張靜.一種短初級、長次級永磁直線發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)分析[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào),2015,31(4):27-30.

        [7] 徐月同,傅建中,陳子辰.永磁直線同步電機(jī)推力波動優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(12):122-126.

        [8] 王秀和.永磁電機(jī)[M].北京:中國電力出版社,2007.

        [9]KWONBI,WOOKI,KIMDJ,etal.Finiteelementanalysisfordynamiccharacteristicsofaninverter-fedPMLSMbyanewmovingmeshtechnique[J].IEEETransactionsonMagn.,2000,36(4):3495-3498.

        [10]JABBARMA,LIUZhejie,DONGJing.Time-steppingfinite-elementanalysisforthedynamicperformanceofapermanentmagnetsynchronousmotor[J].IEEETransactionsonMagnetil,2003,39(5):2621-2623.

        [11]KANGGH,HONGJP,KIMGT,etal.Improvedparametermodelingofinteriorpermanentmagnetsynchronousmotorbasedonfiniteelementanalysis[J].IEEETransactionsonMagnetil,2000,36(4):1867-1870.

        [12] 張靜,余海濤,陳琦,等.直驅(qū)式波浪發(fā)電用圓筒型永磁直線電機(jī)的磁阻力最小化分析[J].微電機(jī),2014,47(1):26-29.

        [13] 張靜,余海濤,陳琦,等.一種波浪發(fā)電用永磁單相直線電機(jī)的工作特性與實(shí)驗(yàn)分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2013,28(7):110-116.

        [14] 黃學(xué)良,張前,周贛.一種無鐵Halbach型永磁直線電機(jī)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2010,25(6):1-6.

        [15] 陳衛(wèi)寶, 范承志, 葉云岳.低速大力矩圓筒永磁直線電機(jī)齒槽力分析[J].機(jī)電工程,2010,27(2):86-88.

        [16] 胡建輝, 鄒繼斌, 陳霞.無刷直流電機(jī)的理想與非理想定位力矩及其綜合抑制方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(22):153-157.

        [17] 盧琴芬,范承志,葉云岳.新型抽油機(jī)用盤式永磁電機(jī)的磁場與力特性[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2008,42(4):651-655.

        猜你喜歡
        充磁齒槽磁體
        DyF3熱擴(kuò)滲技術(shù)提高NdFeB磁體矯頑力及其機(jī)理分析
        永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化分析
        變頻電機(jī)充檢磁工藝探究及仿真分析
        家電科技(2021年4期)2021-08-20 01:49:12
        電機(jī)槽極配合與電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量特性研究(Ⅲ)
        我國首臺套大型永磁電機(jī)整體充磁裝備研制成功
        河南科技(2021年19期)2021-03-10 19:38:27
        磁鋼充磁方式對高速永磁電機(jī)性能的影響研究
        含Ce燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的腐蝕行為
        傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)儲能磁體制作
        直驅(qū)采油用永磁同步電機(jī)削弱齒槽轉(zhuǎn)矩優(yōu)化
        發(fā)動機(jī)挺桿自動充磁機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究
        久久精品这里只有精品| 国产精品成人无码久久久久久| 国产一品二品精品在线| 亚洲精品中文字幕免费专区| 粗大猛烈进出白浆视频| 国产在线一91区免费国产91| 日产精品一区二区三区免费| 风流熟女一区二区三区| 亚洲成a人片在线观看无码3d| 亚洲国产区男人本色| 亚洲成a人片在线播放观看国产 | 日韩在线视频专区九区| 人妻丰满熟妇av无码区app| 中文亚洲成a人片在线观看| 国产乱人视频在线看| 国产三级精品美女三级| 有码中文字幕一区二区| 精品国产精品久久一区免费式| 亚洲av福利无码无一区二区| 国产精品区一区第一页| 国模无码视频专区一区| 日韩国产一区二区三区在线观看 | 免费av网址一区二区| 国产亚洲av另类一区二区三区| 久久综合九色综合欧美狠狠| 亚洲人成网站免费播放| 亚洲不卡av不卡一区二区| 丰满的少妇av一区二区三区| 国产精品国产精品国产专区不卡| 性一交一乱一透一a级| 欧美色图50p| 日本办公室三级在线观看| 蜜桃日本免费观看mv| 精品久久久久久777米琪桃花| 久久久亚洲精品蜜桃臀| 亚洲禁区一区二区三区天美| 国产成人无码18禁午夜福利p| 亚洲天堂在线播放| 亚洲国产成人aⅴ毛片大全| 日本精品中文字幕人妻| 欧美日韩一区二区三区在线观看视频|