基于PSO算法的船用永磁电机齿槽转矩优化

高效率、高转矩密度特性使得永磁电机已被广泛应用于舰船推进领域,然而永磁电机的齿槽转矩却降低了电机的性能。永磁电机齿槽转矩受多个电机参数的影响,这些参数与电机齿槽转矩之间存在非线性关系,通过参数优化来削弱齿槽转矩成为永磁电机齿槽转矩研究的重点。提出一种基于粒子群算法的永磁电机齿槽转矩优化方法,该方法选择对齿槽转矩影响较大的极弧系数、永磁体厚度和定子槽宽度3个参数为优化变量,以齿槽转矩峰值最小为优化目标,在对永磁电机齿槽转矩解析模型进行变形和简化的基础上,使用粒子群算法对解析模型进行参数优化,得到最优参数组合,并用有限元方法进行验证。结果表明,经该优化方法优化后,电机的齿槽转矩大幅降低。     

表贴式永磁同步电机削极技术的研究

影响永磁同步电动机振动噪声的主要是电磁震动,一台好的电机应是气隙磁场谐波小,产生的齿槽转矩及转矩脉动小。通过对电机转子表面永磁体削极,使得电机气隙磁场接近正弦可显著减小永磁电机气隙磁场谐波及径向力谐波,减小永磁同步电机齿槽转矩。用解析法研究了电机气隙磁场优化方法和齿槽转矩的削弱方法,对表贴式永磁交流电机几种主要的削极方式进行了理论研究,总结了各种削极技术的优势和特点,通过有限元验证本次理论研究的正确性,对改善永磁交流电机性能有十分重要的实用价值。     

混合对转推进系统水动力性征数值研究

[目的]为研究混合对转推进系统的推进性能,[方法]采用滑移网格方法,分别对螺旋桨、吊舱推进器、混合对转推进系统的水动力性征进行数值模拟,分析混合对转推进系统中各推进成分相对于其单独工作时的水动力性征差异,研究混合对转推进系统中各部分之间的相互影响规律。[结果]结果表明:在混合对转推进系统中,后桨对前桨的抽吸作用导致前桨推力系数、转矩系数、敞水效率随进速系数的减小而减小,与单独螺旋桨的变化趋势不同;吊舱和桨毂的阻塞效应以及前桨非定常尾流对后桨的干扰作用,导致后桨推力系数、转矩系数及敞水效率与单独吊舱推进器的结果不同;混合对转推进系统效率低于单独螺旋桨,未能体现后桨对前桨尾流的吸能作用,因此在混合对转推进系统的设计研究工作中,需要进一步考虑前、后桨几何参数的匹配问题。[结论]研究结果可为混合对转推进系统的优化设计和工程应用提供参考。     

永磁同步电机定子槽型对转矩脉动的影响分析

转矩脉动是高性能电机的一个重要指标,转矩脉动的大小,对电机的振动有很大的影响。本文通过研究改变表贴式永磁同步电机定子槽参数来分析转矩脉动的变化,并通过有限元仿真,找出槽参数与转矩脉动的关系,仿真表明,调整槽参数,可以减小转矩脉动,为表贴式永磁电机减小转矩脉动的设计提供参考。     

中心典型形状开口的矩形薄板自由振动特性分析

[目的]工程中存在着大量的开口结构,对开口板的振动特性进行研究具有重要意义。[方法]通过引入改进的傅里叶级数模拟开口矩形板的位移容许函数,并采用位移弹簧和转角弹簧模拟任意边界条件。在求解整体能量泛函时,将开口部分的动能与应变能减去,基于Rayleigh-Ritz法构造结构的拉格朗日能量泛函,并对傅里叶级数中的未知系数进行变分求极值,将原先的振动问题转化成求解特征值方程的问题。最后,研究不同开口形状及开口大小对矩形板自由振动的影响。[结果]经与有限元软件ANSYS的计算结果的对比,表明采用的方法准确可靠,[结论]所做研究可为实际工程提供参考。     

基于凸极效应的永磁同步电机振动分析

凸极率的改变会给齿槽转矩带来影响,同时相比较表贴式的结构,其更复杂的结构所带来的谐波也对电机的减振带来巨大的冲击。针对凸极效应所产生的问题,本文基于理论分析以及Ansys有限元仿真平台,对一台具有凸极效应的车用永磁同步电机进行研究,对不同凸极率对电机齿槽转矩以及径向电磁力密度进行对比分析。其次,对三维结构的定子冲片模态进行分析,讨论了可能产生共振的频率。最后,将径向电磁力与有限元模型相耦合,对电机的电磁力引起的振动进行谐响应分析,为车用永磁同步电机的凸极率选择和优化设计提供参考价值。     

永磁电机的转矩计算

预测永磁电机的转矩是设计和控制的关键。本文利用简单理论模型所得的能量密度表达式了每极每相一个槽的永磁电机转矩表达式，并把它与用常规法所得的理论结果进行比较。这种分析法只有在一范围内适用，我们利用傅氏离散变换可以产生任意相数和槽数的模型，并可以推导出有效转矩的通式。由于电机的离散性更接近于这睦情况，所以这种傅邸 散变换模型也更适用于那些每极槽数很少的电机。我们用这种模型预测一台试验用的亿吨服电动机的     

电动汽车用内置式分数槽集中绕组电机槽口优化设计

为研究分数槽集中绕组电机定子槽口参数对电机主要电磁性能的影响，基于二维有限元法建立电机性能计算模型，以电动汽车用10极12槽内置式分数槽集中绕组永磁电机为研究对象，分析定子槽口宽度和深度对主要电磁性能的影响。结果表明定子槽口宽度比为0.65时，电机具有最大输出转矩、弱磁和过载能力，同时带载转矩波动和转子涡流损耗相对较小，为电动汽车驱动电机优化设计提供参考。     

表贴式永磁电机外围环境磁场分布规律研究

探究永磁电机外围环境磁场的分布规律和影响因素,利用Comsol仿真软件建立静态和空载仿真模型,并对比不同参数(永磁体充磁方式、极对数、定子铁芯厚度、不导磁粗细、定子铁芯相对磁导率、极弧系数、气隙长度)对环境磁场的影响,得出环境磁场周向分量与径向分量在远电机面呈正弦分布,磁通密度模衰减次数等于电机极对数加1.为抗永磁电机...     

科考船永磁同步电机振动测试及分析

针对科考船推进系统永磁同步电机振动过大问题,进行振动测试,得到主要转速下的振动响应.数据分析表明,电机振动能量主要分布在低频及其倍频、逆变器开关频率处.对振动过大原因进行分析,低频段振动大是径向电磁力6倍基波频率和齿槽转矩共同作用导致,5 000 Hz处振动大由变频器开关频率引起.模态分析结果表明,电机振动大不是由结构...     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

本文通过CFD方法对敞水桨、桨-舵组合以及优化间距的桨-舵组合装置开展了数值仿真研究，分析了桨-舵间距对其组合系统的水动力性能影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值吻合良好，验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的三个工况，发现在较低进阶系数下系统的节能效率有稍许增加，然而随着间距的增大，节能效率呈现降低的趋势；在高进阶系数下，随间距增大节能效率逐步降低。适当减小桨-舵间距，在较低和中等进阶系数下，随间距减小节能效率呈现逐步升高的趋势，在间距减少10mm时，组合体的节能效率最大可增加1.937%；不过在高进阶系数下，随间距减小节能效率却有下降趋势。     

基于傅里叶级数法的开孔板振动固有特性分析

[目的]开口板结构普遍存在于各类工程结构中,对其振动特性的研究直接关系到整体结构的减振降噪和稳定性分析。为研究针对弹性薄板在任意位置开与板平行的矩形口的自由振动特性研究问题,[方法]通过改进傅里叶级数形式表示开口矩形板的位移容许函数,用区域划分思想将开口板沿开口延伸线划分为多个区域板,采用沿边界均匀分布的线性模拟弹簧模拟经典边界条件和区域板间连续边界条件,将边界表达为弹性势能的形式,从而将有约束问题转化为无约束问题,并结合位移连续条件和能量泛函变分方法,对未知傅里叶展开系数一次变分求极值以求解标准特征值方程。然后将得到的开口矩形板的固有频率值及其对应振型与有限元软件(ANASYS)计算结果进行对比,最后分析不同边界条件、开口尺寸和开口位置对开口板自振特性的影响。[结果]结果验证了方法的有效性和精确性,[结论]所得结果可为相关实际工程应用提供理论参考。     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

通过计算流体动力学(CFD)方法对敞水桨、桨-舵组合和优化间距的桨-舵组合装置进行数值仿真研究,分析桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值的吻合度良好,验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的3个工况发现:在较低的进速系数下,系统的节能效率稍有增加,随着桨-舵间距的增大,节能效率呈现下降的趋势;在较高的进速系数下,随着桨-舵间距的增大,节能效率逐步下降。在较低的和中等的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小呈现逐步升高的趋势,在桨-舵间距减少10 mm时,组合体的节能效率最大可增加1.937%;在较高的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小有下降的趋势。     

升力分配系数对螺旋桨正倒车水动力性能影响的数值分析

[目的]基于数值模拟方法研究螺旋桨几何参数对其正倒车水动力性能的影响规律.[方法]以某33000 DWT成品油轮为应用对象,采用RANS方法并结合Realiazable k-ε湍流模型,对与其相匹配的1个图谱桨与3个理论桨在正车前进和倒车后退工况下的水动力性能进行数值仿真,讨论升力分配系数、螺距与拱度组合方式对螺旋桨正...     

船舶艉部激励耦合振动噪声机理研究进展与展望

[目的]船舶减振技术经过几十年的发展,降低艉部激励引起的桨—轴—船体振动辐射噪声成为我国现阶段船舶声隐身的紧迫任务。[方法]针对船舶艉部激励耦合振动噪声问题,从船舶螺旋桨激励力特性、桨—轴—船体耦合振动噪声特性及其控制方法 3个方面对当前研究进展与发展趋势进行综述,[结果]得到了船舶艉部激励与桨—轴—船体系统振动噪声的映射关系,并提出了针对低频振动噪声的控制方法。[结论]在此基础上对在螺旋桨非定常力测试、艉轴承摩擦诱导振动机理和桨—轴系统横向振动控制等方面提出进一步开展研究的建议。     

基于参数化建模的螺旋桨随边削边振动研究北大核心CSCD

[目的]工程上常采用随边削边法解决因负荷过重所导致的船-机-桨不匹配的问题。针对工程中常使用的随边单边切割法,开展基于参数化建模的螺旋桨随边单边削边振动研究,探究随边削边对螺旋桨振动特性的影响。[方法]选取DTMB4381,4382及4383等型桨为研究算例,结合Matlab编程技术与ANSYS二次开发程序得到不同随边单边切割量对螺旋桨振动特性的影响规律,并分析对应影响规律产生的不同原因。[结果]对于无侧斜的4381桨,其固有频率随随边切割量的增大小幅增加,而模态振型变化不大;对于有侧斜4382及4383桨,随边切割量增加,其固有频率变化规律与无侧斜的4381桨基本相同。[结论]侧斜不会改变螺旋桨在不同随边单边切割量下的振动特性规律;随着随边切割量的增加,两种桨形削边后,固有频率变化率均会明显提升,且在高阶时增幅更为明显。对应的二次开发计算程序可在实际工程中帮助相关人员从振动特性的角度选取最优削边方案,为削边方案的设计和改良提供理论依据和指导。     

Vibration characteristics analysis of ring-stiffened conical shells based on power series method北大核心CSCD

[目的]旨在利用解析法求解环肋圆锥壳的振动方程,对环肋圆锥壳的振动特性进行理论研究。[方法]首先,对圆锥壳分段处理,将圆锥壳沿母线方向、环向和法向的位移分别写成幂级数解的形式,并推导出幂级数项前系数的递推关系式;然后,采用梁模型模拟不同环肋数对圆锥壳振动响应特性的影响;接着,将圆锥壳分段及其环肋边界条件、位移和内力矩阵进行组装求解,得到在外部简谐力激励下圆锥壳的振动响应特性,并将所得结果与ANSYS有限元数值方法的计算结果进行对比,验证所提计算方法的有效性。最后,运用所提理论方法进行环肋圆锥壳的振动特性分析。[结果]结果显示,圆锥壳安装的环肋可明显抑制圆锥壳的振动,具体表现为响应幅值降低、固有频率升高,且在相同频段内共振峰数量减小;增大壳体厚度会引起壳体振动响应幅值降低以及固有频率升高;此外,增大半锥角、轴线长度和环肋数均可降低环肋圆锥壳的振动响应幅值。[结论]研究表明,所用方法对环肋圆锥壳振动的理论研究具有一定意义。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r kbench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析。在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别。计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r k-bench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析.在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别.计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略.     

基于重根模态特性的舵桨电机振动

针对某型船全回转舵桨电机出现的振动超标问题,通过振动位移传递分析发现电机-基座系统存在一对重根模态,且系统在1/2倍电磁频率附近产生共振。采用振动特性实时测试技术,对振动传递路径进行灵敏度分析,以识别电机振动源。基于PATRAN的模态分析结果,验证了电机-基座结构在17Hz附近存在一对重根模态,并对电机安装基座开展优化设计以避开电机-基座系统的共振频率。结果表明,电机顶部的振动速度从22 mm/s降低至8 mm/s。将有限元法与振动实测技术相结合,可有效解决舵桨电机的振动问题,对立式电机、全回转舵桨推进器等结构的设计与安装及类似振动故障问题的解决,具有一定指导意义。