基于Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器性能提升

1

作者 朱前坤 梁玉坤 +1 位作者 王宪玉 杜永峰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期45-52,共8页

为了提高轴向式电涡流阻尼器的阻尼性能,引入Halbach阵列,建立了Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器(Halbach array axial eddy current damper,HAECD)模型。首先,阐明了HAECD的整体构造、工作原理与力学特性,采用三维电磁场有限元瞬态分析... 为了提高轴向式电涡流阻尼器的阻尼性能,引入Halbach阵列,建立了Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器(Halbach array axial eddy current damper,HAECD)模型。首先,阐明了HAECD的整体构造、工作原理与力学特性,采用三维电磁场有限元瞬态分析方法验证电涡流单元阻尼系数计算的准确性;然后,建立四种阵列方式的电涡流阻尼单元计算模型并进行了优化分析;最后,分析了永磁体厚度、磁化角度及磁极配比对HAECD阻尼系数的影响。研究结果表明:Halbach阵列相较于其他阵列方式,在同等磁体体积情况下的阻尼系数提升率最高可达59.2%;针对本装置,适当增加永磁体厚度能有效提升阻尼系数,最优磁体厚度为31 mm;当磁化角度为2°时,阻尼系数最大;阻尼系数随着磁极配比的增大而逐渐缓慢增加,当磁极配比为2.5时,阻尼性能最优。 展开更多

关键词 桥梁结构 振动控制 阵列优化 参数分析 halbach阵列

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于Halbach阵列的新型吸附结构设计及其优化 被引量：2

2

作者 苏忠富 莫丽 +1 位作者 郭振兴 刘傲 《陕西科技大学学报》 北大核心 2024年第5期149-156,共8页

为解决目前爬壁机器人永磁式吸附结构难以改变吸附力大小的问题,提出了一种基于Halbach阵列的新型永磁式吸附结构,该结构由方形永磁体和圆柱形永磁体按一定的充磁方向排列组合而成,通过转动圆柱形永磁体改变充磁方向,从而改变吸附力大小... 为解决目前爬壁机器人永磁式吸附结构难以改变吸附力大小的问题,提出了一种基于Halbach阵列的新型永磁式吸附结构,该结构由方形永磁体和圆柱形永磁体按一定的充磁方向排列组合而成,通过转动圆柱形永磁体改变充磁方向,从而改变吸附力大小.采用ANSYS Maxwell软件研究了吸附结构各参数(永磁体数量、轭铁厚度、气隙大小)对吸附力和单位吸附力的影响,并对以上参数进行优选;以单位吸附力为目标参数,基于粒子群算法对两种永磁体尺寸进行优化,优化前永磁体体积为219823 mm^(3),吸附力为744 N,永磁利用率为0.00352N/mm^(3),优化后永磁体体积为160027.4 mm^(3),吸附力为819.7 N,永磁利用率为0.00510 N/mm^(3).研究结果表明:吸附结构优化后节省了27.2%所占据的空间,增加了15.1%的总体吸附力,提升了45.5%的永磁利用率,优化后吸附结构的吸附性能有了显著提高,可为永磁式吸附结构的设计及优化提供参考. 展开更多

关键词 爬壁机器人 吸附结构 halbach阵列 有限元仿真 粒子群算法

在线阅读 下载PDF 职称材料

带Spoke和凸-T型结构的同轴磁齿轮磁场分析与优化

3

作者 井立兵 闵泽宇 +2 位作者 王涛 刘威 曲荣海 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第20期8225-8235,I0030,共12页

为了提高同轴磁齿轮的电磁性能,文中提出一种带新型Halbach阵列的同轴磁齿轮。内转子永磁体采取凸-T交替排列形成Halbach结构,外转子永磁体则为Spoke结构和Halbach阵列的结合,提高聚磁效果;此外,维持永磁体用量的前提下,以高输出转矩和... 为了提高同轴磁齿轮的电磁性能,文中提出一种带新型Halbach阵列的同轴磁齿轮。内转子永磁体采取凸-T交替排列形成Halbach结构,外转子永磁体则为Spoke结构和Halbach阵列的结合,提高聚磁效果;此外,维持永磁体用量的前提下,以高输出转矩和低转矩脉动为优化目标,基于灵敏度分析,采用响应面法和多目标遗传算法进行优化,确定改进型磁齿轮的优化参数;建立具有内、外转子极对数分别为4和17的有限元仿真模型。与传统型和常规型Halbach阵列磁齿轮相比,改进型磁齿轮能有效提高气隙磁密,降低气隙中非工作谐波,输出转矩分别提高45.43%和23.69%。最后,制作样机并搭建测试平台,实验验证改进型磁齿轮的转矩比与传动比基本保持一致,且效率可达90%以上。 展开更多

关键词 同轴磁齿轮 Spoke结构 halbach阵列 多目标遗传算法 转矩

在线阅读 下载PDF 职称材料

新型Halbach次级结构永磁同步直线电机 被引量：28

4

作者 张鲁 寇宝泉 +1 位作者 赵斌超 罗俊 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期39-45,共7页

提出一种新型Halbach次级结构的无铁心永磁同步直线电机,介绍了该新型直线电机的结构和原理,利用矢量磁位和边界条件对Halbach永磁阵列所产生的磁场进行解析分析,得到气隙磁通密度的表达式,建立直线电机的数学模型。通过研究分析,设计... 提出一种新型Halbach次级结构的无铁心永磁同步直线电机,介绍了该新型直线电机的结构和原理,利用矢量磁位和边界条件对Halbach永磁阵列所产生的磁场进行解析分析,得到气隙磁通密度的表达式,建立直线电机的数学模型。通过研究分析,设计制造一台样机并进行相关实验研究,通过对比实验和仿真结果,来验证解析设计的合理性。 展开更多

关键词 新型halbach次级结构 直线电机 永磁阵列 实验研究

在线阅读 下载PDF 职称材料

磁浮列车工程中的Halbach永久磁体结构的优化 被引量：14

5

作者 李春生 杜玉梅 +1 位作者 夏平畴 严陆光 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2007年第4期334-337,348,共5页

Halbach磁体结构是工程上理想结构的近似,故可予以优化设计.磁体结构优化的目标是用最少量的磁体产生最强的磁场.针对磁浮列车用直线型Halbach磁体,提出优化指标,得到磁体结构的优化结果(解析表达式),并用实验验证.该解析表达式对直线型... Halbach磁体结构是工程上理想结构的近似,故可予以优化设计.磁体结构优化的目标是用最少量的磁体产生最强的磁场.针对磁浮列车用直线型Halbach磁体,提出优化指标,得到磁体结构的优化结果(解析表达式),并用实验验证.该解析表达式对直线型Halbach磁体的工程应用具有意义,因为在减轻磁体重量同时提高磁场强度是磁浮列车的关键技术. 展开更多

关键词 直线型halbach磁体 电动式磁悬浮列车 结构优化 永久磁体

在线阅读 下载PDF 职称材料

部分分段Halbach永磁同步电机优化设计 被引量：27

6

作者 高锋阳 齐晓东 +2 位作者 李晓峰 袁成 庄圣贤 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期787-800,共14页

针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题,设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽。采用精确子域... 针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题,设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽。采用精确子域模型法,将求解域划分为永磁体、气隙、槽身和槽口四个区域,在二维极坐标下计算电机空载气隙磁通密度及齿槽转矩。建立10极12槽三维电机模型进行电磁仿真分析。结果表明,部分分段Halbach结构降低了永磁体涡流损耗、齿槽转矩及永磁体体积。同时,在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型,求得等效应力和总变形,确保部分分段结构永磁体的机械强度维持在允许范围内。 展开更多

关键词 永磁同步电机 精确子域模型法 部分分段halbach结构 等效应力

在线阅读 下载PDF 职称材料

转子结构参数对离散Halbach阵列磁场分布的影响 被引量：3

7

作者 朱德明 邱鑫 严仰光 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期677-681,共5页

利用离散Halbach阵列磁场分布特点,合理选择电机转子结构参数对于发挥永磁体潜力、提高电机系统的整体性能至关重要。文中建立了离散Halbach阵列有限元分析模型,并以一台原理样机的空载电势为依据,验证了模型的正确性。基于该模型的计... 利用离散Halbach阵列磁场分布特点,合理选择电机转子结构参数对于发挥永磁体潜力、提高电机系统的整体性能至关重要。文中建立了离散Halbach阵列有限元分析模型,并以一台原理样机的空载电势为依据,验证了模型的正确性。基于该模型的计算结果,着重分析研究了每极磁体数、极对数和磁体厚度对转子轭部磁通、气隙磁密谐波和基波的影响,比较了每极磁体数m≥2与m=1(径向结构)磁性能的差异,并给出了每极磁体数、极对数和磁体厚度的合理取值范围,为设计离散Halbach永磁电机依据。 展开更多

关键词 离散halbach 结构优化 气隙磁密 有限元分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

不等宽不等厚Halbach部分分段永磁同步电机电磁性能解析计算与优化分析 被引量：17

8

作者 高锋阳 齐晓东 +2 位作者 李晓峰 陶彩霞 高鹏 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1398-1414,共17页

针对高功率密度的永磁同步电机电磁转矩波动和永磁体涡流损耗大的问题,提出一种Halbach部分分段结构,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽,并将其永磁体扩展为两种型式,即Ha... 针对高功率密度的永磁同步电机电磁转矩波动和永磁体涡流损耗大的问题,提出一种Halbach部分分段结构,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽,并将其永磁体扩展为两种型式,即Hat型和T型。采用精确子域模型法,将求解域划分为槽身、槽口、气隙以及永磁体四个区域,在二维极坐标下计算电机负载气隙磁通密度分布和电磁转矩。建立10极12槽三维电机模型对Hat型、T型以及其他相关五种电机结构进行电磁仿真、分级优化以及对比分析,求出最优Hat型和T型结构。结果表明,Halbach部分分段结构可以降低永磁体涡流损耗、电磁转矩波动以及负载气隙磁通密度总谐波畸变率(THD),T型Halbach部分分段结构的电磁性能高于Hat型,而Hat型Halbach部分分段结构可以进一步减小永磁体体积,节约生产成本。同时,在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型,求得等效应力和总变形,确保Hat型和T型Halbach部分分段结构永磁体的机械强度都维持在允许范围内。 展开更多

关键词 永磁同步电机 精确子域模型法 halbach部分分段结构 电磁转矩波动 永磁体 涡流损耗

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于Halbach结构的低场核磁共振主磁体的设计与实现 被引量：2

9

作者 励洪泽 邬杨波 +2 位作者 孙伟达 郭智勇 谢建军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期46-56,共11页

随着核磁共振不断向便携性和低成本方向发展,核磁共振仪中主磁体的小型化成为了大家关注的重点。为实现核磁共振的小型化,对基于Halbach结构的低场核磁共振主磁体进行了设计与实现。首先,利用ANSYS有限元仿真软件对采用多磁条特定排列... 随着核磁共振不断向便携性和低成本方向发展,核磁共振仪中主磁体的小型化成为了大家关注的重点。为实现核磁共振的小型化,对基于Halbach结构的低场核磁共振主磁体进行了设计与实现。首先,利用ANSYS有限元仿真软件对采用多磁条特定排列形成的Halbach结构进行仿真,对磁条的数量、大小、长度、位置等参数进行调整;其次,根据仿真确定的理想模型参数,实现了主磁体,其为直径108 mm、高170 mm的圆柱体,重4.5 kg,并对其中心磁感应强度和均匀度进行了检测;最后,根据检测结果,设计了一种匀场片矩阵,采用被动匀场的方式将磁体中心5 mm直径球形区域内的均匀度提升至451.68 ppm,中心磁感应强度为221.4 mT。设计中,较好的权衡了磁体性能和生产成本。 展开更多

关键词 halbach结构 被动匀场 有限元仿真 小型化

在线阅读 下载PDF 职称材料

新型Halbach阵列永磁游标电机结构优化设计 被引量：9

10

作者 王秀平 姜胜龙 曲春雨 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期140-147,共8页

为提高永磁游标电机(PMVM)的输出转矩,发挥Halbach永磁体阵列的聚磁优势,提出转子侧Halbach阵列永磁体游标电机。采用解析分析法和有限元法,对比分析PMVM和Halbach永磁体阵列A型结构永磁游标电机(HPMVMA),结果显示采用Halbach永磁体阵... 为提高永磁游标电机(PMVM)的输出转矩,发挥Halbach永磁体阵列的聚磁优势,提出转子侧Halbach阵列永磁体游标电机。采用解析分析法和有限元法,对比分析PMVM和Halbach永磁体阵列A型结构永磁游标电机(HPMVMA),结果显示采用Halbach永磁体阵列后提高了电机的空载反电势和输出转矩,减少了永磁体用量,但也带来了电机转矩脉动的增加。因此,在HPMVMA调制齿之间加入永磁体,构成新型Halbach永磁体阵列B型结构永磁游标电机(HPMVMB),对HPMVMB进行了永磁体、调制齿、定子齿宽等结构参数的优化,经过运行性能和经济指标对比分析,结果表明,与HPMVMA相比,HPMVMB永磁体用量增加20%的情况下,永磁体利用率和电机转矩密度分别提高了40.8%和69.01%,而转矩脉动下降了11.74%。通过有限元仿真验证了电机理论的有效性,并为游标电机的设计与优化提供了一定思路。 展开更多

关键词 永磁游标电机 halbach阵列 转矩密度 转矩脉动 结构优化

在线阅读 下载PDF 职称材料

大气隙外笼型转子磁力耦合器设计及性能研究 被引量：2

11

作者 葛研军 杨博 +1 位作者 王大明 刘东宁 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第1期134-139,共6页

采用Halbach单侧聚磁特性,设计出了一种大气隙外笼型转子磁力耦合器(Long Air Gap External-cage Rotor Magnetic Coupler,LAEMC),并分析了其运行特性、调速特性及散热特性,推导出LAEMC电磁转矩解析表达式,据此分析了结构参数对电磁转... 采用Halbach单侧聚磁特性,设计出了一种大气隙外笼型转子磁力耦合器(Long Air Gap External-cage Rotor Magnetic Coupler,LAEMC),并分析了其运行特性、调速特性及散热特性,推导出LAEMC电磁转矩解析表达式,据此分析了结构参数对电磁转矩的影响,得出了不同磁化比的Halbach结构对LAEMC电磁转矩的影响规律;根据LAEMC的运行特性,分析了其在离心式负载、恒功率负载及恒转矩负载的调速特性,表明其仅适合离心式负载调速并具有良好的节能效果;在离心式负载转差率为33%处的最大功率损耗点对LAEMC进行热仿真计算,得到永磁体工作温度约为60℃,而通过气隙与之相隔的笼条温度约为360℃,两者温度差达300℃以上,表明所提出的大气隙外笼型转子磁力耦合器———LAEMC在离心式负载上既具有良好的运行特性也具有良好的隔热效果。 展开更多

关键词 磁力耦合器 外笼型转子 大气隙 halbach结构 运行与散热特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

磁悬浮带式输送机电磁结构优化 被引量：2

12

作者 胡坤 蒋浩 +1 位作者 季晨光 潘泽 《工矿自动化》 北大核心 2021年第2期52-57,共6页

常规磁悬浮带式输送机采用永磁体和电磁铁组合的电磁结构,在磁悬浮支承力需求较高的工况条件下具有易发热、电流损耗大等问题。为解决该问题,提出了一种基于Halbach阵列的电磁结构。以电磁结构磁感应强度最大为目标函数,以电磁结构尺寸... 常规磁悬浮带式输送机采用永磁体和电磁铁组合的电磁结构,在磁悬浮支承力需求较高的工况条件下具有易发热、电流损耗大等问题。为解决该问题,提出了一种基于Halbach阵列的电磁结构。以电磁结构磁感应强度最大为目标函数,以电磁结构尺寸和磁感应强度分布范围为约束条件,建立了电磁结构优化数学模型。针对教与学优化(TLBO)算法用于求解电磁结构优化数学模型时容易陷入局部最优的问题,提出了一种改进的TLBO算法,该算法通过筛选引入新种群及改进教学阶段和互学阶段的学习方式,增强种群的多样性和搜索能力。测试结果表明,改进的TLBO算法的准确性和稳定性均优于标准TLBO算法。采用改进的TLBO算法对磁悬浮带式输送机电磁结构优化数学模型进行求解,得到最优电磁结构参数:Halbach阵列中单个永磁体高7 mm、宽9 mm,永磁体块数为7。实验结果表明,相同尺寸条件下,基于Halbach阵列的电磁结构最大磁感应强度相对基于永磁体的电磁结构提高了47.69%。 展开更多

关键词 磁悬浮带式输送机 电磁结构 halbach阵列 教与学优化算法 约束优化问题

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于Halbach的爬壁机器人永磁组件的设计与优化

13

作者 沈顺喜 陈立志 +3 位作者 涂德贵 陈书冬 郭金泉 张立伟 《机械强度》 2025年第11期135-141,共7页

针对传统爬壁机器人永磁组件吸附力与重量失衡、漏磁严重及吸附效率低的问题,为提升其在钢制壁面的磁吸附性能,满足船舶、塔筒等复杂环境作业需求,开展了Halbach永磁组件的设计与优化研究。选用N40M钕铁硼与Q235钢分别作为永磁体与轭铁... 针对传统爬壁机器人永磁组件吸附力与重量失衡、漏磁严重及吸附效率低的问题,为提升其在钢制壁面的磁吸附性能,满足船舶、塔筒等复杂环境作业需求,开展了Halbach永磁组件的设计与优化研究。选用N40M钕铁硼与Q235钢分别作为永磁体与轭铁材料,设计了类梯形Halbach永磁组件,上侧增设轭铁以引导磁感线减小漏磁,侧边不设轭铁;基于麦克斯韦方程组与应力张力法,建立了吸附力有限元仿真模型,采用控制变量法系统分析组件长度、宽度、厚度及轭铁厚度的影响;在尺寸约束下,通过非线性规划(Method of Moving Asymptotes,MMA)算法优化参数,搭建了岛津AGX-V2型拉伸机试验台,验证了仿真结果的正确性。结果表明,优化后吸附力从3500.6 N提升至3755.3 N,增幅7.28%;试验与仿真曲线趋势一致,最大吸附力偏差为8.1%,验证了仿真模型的准确性,为爬壁机器人吸附系统优化提供依据。 展开更多

关键词 halbach 爬壁机器人 永磁组件 有限元仿真 结构优化

在线阅读 下载PDF 职称材料

中速磁浮无铁心永磁直线同步电机的结构优化 被引量：3

14

作者 王辉煌 杜玉梅 +4 位作者 张瑞华 张俊康 李正浩 郭科宇 王培龙 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期46-55,共10页

中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组... 中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组沿轨道长距离铺设,使电机效率进一步降低。为了提高电机性能,在IPMLSM基本结构的基础上,提出一种新型永磁体装配结构,可提升电机推力密度;并根据长定子IPMLSM绕组的特点,优化绕组导体截面,获得适用于中速磁浮列车IPMLSM定子绕组导体的宽与高之比,进一步提升电机的推力密度。最后,制作IPMLSM小型样机实验装置,对比实验结果验证了所提改进结构的优越性。 展开更多

关键词 无铁心永磁直线同步电机 halbach永磁阵列 新型永磁体装配结构 结构优化 长定子 中速磁浮列车

在线阅读 下载PDF 职称材料