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  • 頭條鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力
    2021-08-18 作者:司紀凱 嚴作光 等  |  來源:《電工技術學報》  |  點擊率:
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    導語文章分析了120°相帶環(huán)形繞組圓筒型永磁直線發(fā)電機不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(定子鐵心長度、極弧系數(shù)、槽肩寬度、定子齒寬和氣隙長度)對定位力的影響。根據(jù)分析結(jié)果,結(jié)合田口方法對該發(fā)電機進行多目標優(yōu)化設計,使其在輸出功率基本不變的情況下,定位力明顯降低,得到了電機的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

    作者及團隊介紹

    鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力

     

    司紀凱,工學博士,鄭州大學特聘教授/博導、河南省教育廳學術技術帶頭人,科技部評審專家、河南省中小型企業(yè)評審專家等。現(xiàn)擔任鄭州市機器人驅(qū)動與控制重點實驗室主任及鄭州市協(xié)同創(chuàng)新專項的負責人。擔任IEEE PES中國區(qū)電動汽車電驅(qū)動技術分委會委員,中國工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會綠色電機系統(tǒng)專業(yè)委員會。

    鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力

     

    嚴作光,碩士研究生,主要研究方向為圓筒型永磁直線發(fā)電機的設計及其優(yōu)化。

     

    鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力

     

    聶瑞,博士后,主要研究方向為特種電機的設計及其控制。

     

    鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力

     

    徐帥,鄭州大學電氣工程學院講師,博士,主要研究方向為電動汽車和智能制造用先進電機驅(qū)動系統(tǒng)研究。

    鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力

     

    董亮輝,鄭州大學電氣工程學院講師,博士,主要研究方向為電機驅(qū)動控制、電機系統(tǒng)的故障診斷和容錯控制、電力電子變換技術。

    鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力

     

    鄭州大學“先進電磁驅(qū)動及控制科研中心”團隊,以司紀凱教授為學術帶頭人,目前共有成員20人,其中高級職稱8人,博士2人,碩士10人。

    團隊研究基礎扎實,成果顯著,勇于創(chuàng)新。近年來,團隊已在本學科前沿和相關領域進行了卓有成效的工作,先后得到國家自然科學基金、教育部博士點專項基金等省部級、市廳級科研課題及相關企業(yè)的資助,積淀了豐富的研究方法和經(jīng)驗,取得了多項前期研究成果。

    團隊始終堅持以“瞄準基礎研究前沿方向,突出原創(chuàng)性研究;面向工程,實現(xiàn)技術和集成創(chuàng)新”為指導思想。近年來,已形成了新型高效節(jié)能永磁同步電機理論及控制技術、高效節(jié)能永磁同步電機驅(qū)動機器人技術、兩自由度直驅(qū)電機理論及控制技術等三個穩(wěn)定的特色研究方向。

    本文提出了一種適用于圓筒型永磁直線發(fā)電機的三相120°相帶環(huán)形繞組,該繞組方式可以有效地提高發(fā)電機的功率密度。然而,該三相120°相帶環(huán)形繞組圓筒型永磁直線發(fā)電機也存在著定位力問題,這將引起發(fā)電機的振蕩甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。

     

    為解決此問題,本文建立了此發(fā)電機定位力解析模型,探究結(jié)構(gòu)參數(shù)對定位力的影響。以降低定位力為目標,采用輔助齒、半開口槽、Halbach永磁體等優(yōu)化措施,結(jié)合田口法對該電機結(jié)構(gòu)進行多目標優(yōu)化設計,在保證輸出功率不變的前提下,最大限度地降低定位力。

     

    研究背景

    直驅(qū)式波浪能發(fā)電系統(tǒng)無齒輪、液壓系統(tǒng)等中間轉(zhuǎn)換裝置,直接與發(fā)電機構(gòu)相連,具有結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)換效率高、易于維護等優(yōu)點,在波浪能的開發(fā)利用中得到了廣泛的應用。

    圓筒型永磁直線發(fā)電機結(jié)構(gòu)對稱,無徑向電磁力,且其整個環(huán)形繞組都為有效邊,無繞組端部,繞組利用率相對較高,因此成為直驅(qū)式波浪能發(fā)電系統(tǒng)的首選電機。但是圓筒型永磁直線發(fā)電機存在定位力問題,如何在不損失輸出功率的前提下,最大限度地降低定位力是該電機開發(fā)利用的難點之一。

    論文所解決的問題及意義

    本文針對120°相帶環(huán)形繞組圓筒型永磁直線發(fā)電機存在的定位力問題,通過建立該電機定位力解析模型,探究了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對定位力的影響,找出對定位力影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后以這些參數(shù)為優(yōu)化變量,采用田口法對電機進行多目標優(yōu)化設計,該方法能在不損失輸出功率的情況下,最大限度地降低電機定位力。

    論文方法及創(chuàng)新點

    針對120°相帶環(huán)形繞組圓筒型永磁直線發(fā)電機存在的定位力問題,本文研究了電機結(jié)構(gòu)參數(shù)與定位力的關系,建立二者之間的解析模型。在此基礎上,以降低定位力為目標,采用輔助齒、半開口槽、Halbach永磁體等優(yōu)化措施,結(jié)合田口法對該電機進行多目標優(yōu)化,使其定位力得到極大地降低。

    鄭大學者提出優(yōu)化方案,可極大降低圓筒型永磁直線發(fā)電機的定位力

    圖1 優(yōu)化流程圖

    結(jié)論

    文章分析了120°相帶環(huán)形繞組圓筒型永磁直線發(fā)電機不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(定子鐵心長度、極弧系數(shù)、槽肩寬度、定子齒寬和氣隙長度)對定位力的影響。根據(jù)分析結(jié)果,結(jié)合田口方法對該發(fā)電機進行多目標優(yōu)化設計,使其在輸出功率基本不變的情況下,定位力明顯降低,得到了電機的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

    引用本文

    司紀凱, 嚴作光, 聶瑞, 徐帥, 董亮輝. 120°相帶環(huán)形繞組圓筒型永磁直線發(fā)電機定位力降低的優(yōu)化設計[J]. 電工技術學報, 2021, 36(6): 1138-1148. Si Jikai, Yan Zuoguang, Nie Rui, Xu Shuai, Dong Lianghui. Optimal Design of a Tubular Permanent Magnet Linear Generator with 120°Phase Belt Toroidal Windings for Detent Force Reduction. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(6): 1138-1148.

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