郑大学者提出优化方案,可极大降低圆筒型永磁直线发电机的定位力

司纪凯,工学博士,郑州大学特聘教授/博导、河南省教育厅学术技术带头人,科技部评审专家、河南省中小型企业评审专家等。现担任郑州市机器人驱动与控制重点实验室主任及郑州市协同创新专项的负责人。担任IEEE PES中国区电动汽车电驱动技术分委会委员,中国工业节能与清洁生产 绿色电机系统专业委员会。

严作光,硕士研究生,主要研究方向为圆筒型永磁直线发电机的设计及其优化。

聂瑞,博士后,主要研究方向为特种电机的设计及其控制。

徐帅,郑州大学电气工程学院讲师,博士,主要研究方向为电动汽车和智能制造用先进电机驱动系统研究。

董亮辉,郑州大学电气工程学院讲师,博士,主要研究方向为电机驱动控制、电机系统的故障诊断和容错控制、电力电子变换技术。

郑州大学“先进电磁驱动及控制科研中心”团队,以司纪凯教授为学术带头人,目前共有成员20人,其中高级职称8人,博士2人,硕士10人。

团队研究基础扎实,成果显著,勇于创新。近年来,团队已在本学科前沿和相关领域进行了卓有成效的工作,先后得到国家自然科学基金、教育部博士点专项基金等省部级、市厅级科研课题及相关企业的资助,积淀了丰富的研究方法和经验,取得了多项前期研究成果。

研究背景

直驱式波浪能发电系统无齿轮、液压系统等中间转换装置,直接与发电机构相连,具有结构简单、能量转换效率高、易于维护等优点,在波浪能的开发利用中得到了广泛的应用。

圆筒型永磁直线发电机结构对称,无径向电磁力,且其整个环形绕组都为有效边,无绕组端部,绕组利用率相对较高,因此成为直驱式波浪能发电系统的首选电机。但是圆筒型永磁直线发电机存在定位力问题,如何在不损失输出功率的前提下,最大限度地降低定位力是该电机开发利用的难点之一。

论文所解决的问题及意义

论文方法及创新点

图1 优化流程图

结论

文章分析了120°相带环形绕组圆筒型永磁直线发电机不同结构参数(定子铁心长度、极弧系数、槽肩宽度、定子齿宽和气隙长度)对定位力的影响。根据分析结果,结合田口方法对该发电机进行多目标优化设计,使其在输出功率基本不变的情况下,定位力明显降低,得到了电机的最优结构参数。

司纪凯, 严作光, 聂瑞, 徐帅, 董亮辉. 120°相带环形绕组圆筒型永磁直线发电机定位力降低的优化设计[J]. 电工技术学 , 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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