基于遗传算法的飞轮储能系统用径向永磁轴承的优化设计

对飞轮储能系统用径向永磁轴承设计中径向永磁轴承承载力和结构参数优化的问题进行了研究。在永磁体空间磁场分布解析式的基础上,结合根据分子电流学说建立的环形电流模型,推导出径向永磁轴承的径向力解析表达式;定义径向力密度衡量轴承性能优劣;根据优化理论建立以径向力密度为目标函数的优化模型;最后考虑到单因素变量法的缺陷,采用遗传算法理论和方法,利用MATLAB编程求解轴承结构参数的最优结果。对结果分析可知,轴承最佳的结构参数并不是单因素变量法分析的轴承横截面为正方形。总结了永磁轴承设计的一般步骤和方法,对飞轮储能系统径向永磁轴承的设计有实际的指导意义。     

密封泵中无轴承永磁同步电动机的试验研究

为解决密封泵系统中泵体的密封性问题,提出采用无轴承电动机替代传统电动机构成新型无轴承密封泵方案,研制无轴承电动机成为其关键.阐述了无轴承密封泵中永磁型无轴承电动机转子悬浮原理,并给出电磁转矩和径向悬浮力数学模型.根据无轴承永磁同步电动机控制系统功能框图,构建无轴承永磁同步电动机数字控制系统,为了使控制系统软件与硬件之间互相配合,设计并使用人机交互界面对无轴承永磁同步电动机控制系统中转速、PID控制器等参数进行实时在线调试和控制.样机试验结果表明:使用人机交互界面进行试验调试,能够快速地达到预期目标,转子转速为1 200 r／min,转子轴心在平衡位置中心(0,0)附近振动,径向偏心位移振动幅值控制在50 μm范围之内,满足对无轴承永磁同步电动机数字控制系统进行实时在线调试和控制的要求,对无轴承密封泵的研制与应用具有重要的理论意义和实用价值.     

水轮机磁悬浮导轴承动力学特性

水轮机磁悬浮导轴承是一种无油轴承,其工程可靠性一直没有很好的解决。作者应用理论分析方法及基于其Halbach阵列的动力学特性ANSYS仿真,对水轮机径向混合磁悬浮导轴承动力特性的非线性模型及其线性化方程进行研究,设计了一种水轮机径向混合磁悬浮导轴承。研究表明在单一自由度上水轮机径向混合磁悬浮导轴承具备自稳定的特性,其负刚度可以通过轴承永磁特性调节;单元磁环厚度越大,Halbach阵列的水轮机磁悬浮永磁导轴承径向磁力越大,一定程度内表现为近似线性,之后过渡到非线性趋势,最后磁力趋于某一定值;计算结果与仿真结果偏差小于0.69%。该研究结论为水轮机径向磁悬浮导轴承装置在工程应用中提供一定指导。     

无轴承永磁薄片电动机泵原理及控制系统设计

针对驱动离心泵的无轴承永磁薄片电动机,基于薄片转子悬浮原理设计了该电动机驱动离心泵样机,阐述了其工作原理,给出了电磁转矩和径向悬浮力数学模型,并采用数字信号处理器TMS320F2812 DSP设计了数字控制系统硬件,开发了控制系统软件.为使控制系统调试方便,结合系统控制要求设计了人机交互控制界面对数字控制系统进行实时控制与系统重要参数的在线调试,并进行了无轴承永磁薄片电动机薄片转子径向悬浮和运转试验.试验结果表明：通过人机交互控制界面实时在线调试可快速、便捷地确定控制系统参数使数字系统达到预定目标,满足对系统的控制要求,所设计的4 kW无轴承永磁薄片电动机驱动离心泵及数字控制系统空载情况下,薄片转子转速在0～2 000 r/min范围内连续可调并能够迅速达到稳定,转子质心在平衡位置（2 000,2 000）附近振动且沿径向的偏心位移振动幅值小于80μm,系统具有优良的动、静态性能.     

圆弧形混合磁悬浮轴承的研究

介绍一种由圆弧形轴肩的转轴和圆弧形线圈组成的新型圆弧形混合磁悬浮轴承工作原理，导出了圆弧形混合磁悬浮轴承结构参数的设计计算理论，包括圆弧形混合磁悬浮轴承轴向与径向扰动的控制、吸力方程、承载能力、结构参数的设计等，与圆柱式比较，圆弧形混合磁悬浮轴承具有承载力大、定位性好等特点。     

电磁轴承在立式高速泵中的应用

为了改善传统高速泵轴承板易损坏,寿命短,噪音大,转速低等缺点,将目前具有优越性能的电磁轴承应用于立式高速泵．对电磁轴承的基本结构、工作原理、控制系统、电磁力、刚度特性及其在立式高速泵中的安装结构进行了研究,并且对安装电磁轴承后高速泵的运行特性进行了分析．结果表明：电磁轴承由于无接触、无需润滑、无摩擦,可有效解决高速泵中轴承失效的问题,能有效延长高速泵的使用寿命,解决了困扰高速泵多年的密封问题．电磁轴承的控制系统与轴承承载力完全能够满足在高速泵上应用的要求且具有较好的刚度特性．安装电磁轴承后,有效提高了高速泵的运行稳定性、转速及扬程．但是由于转速的提高,汽蚀现象更加严重,造成了对叶片的损坏,这就需要对叶片形状做进一步的改进．     

密封泵中无轴承永磁同步电动机的试验研究

为解决密封泵系统中泵体的密封性问题,提出采用无轴承电动机替代传统电动机构成新型无轴承密封泵方案,研制无轴承电动机成为其关键.阐述了无轴承密封泵中永磁型无轴承电动机转子悬浮原理,并给出电磁转矩和径向悬浮力数学模型.根据无轴承永磁同步电动机控制系统功能框图,构建无轴承永磁同步电动机数字控制系统,为了使控制系统软件与硬件之间互相配合,设计并使用人机交互界面对无轴承永磁同步电动机控制系统中转速、PID控制器等参数进行实时在线调试和控制.样机试验结果表明：使用人机交互界面进行试验调试,能够快速地达到预期目标,转子转速为1 200 r/min,转子轴心在平衡位置中心（0,0）附近振动,径向偏心位移振动幅值控制在50μm范围之内,满足对无轴承永磁同步电动机数字控制系统进行实时在线调试和控制的要求,对无轴承密封泵的研制与应用具有重要的理论意义和实用价值.     

永磁发电装置的结构设计及电磁计算

通过对永磁发电装置的结构分析,指出了设计永磁发电装置结构最佳方案的因素。通过电磁计算和分析设计永磁发电机各部件的主要数据,并利用MicrosoftVisualC++ 6. 0语言,编写了设计永磁发电装置的电磁计算程序,通过实例验证了设计思路及程序的可靠性,从而减少了设计的工作量。     

基于多工况台架试验载荷的轮毂轴承受力分析

为了分析台架试验载荷工况对轮毂轴承疲劳寿命的影响,建立了轮毂轴承接触分析的三维有限元模型.分析计算在三种台架试验工况(径向、轴向及径向、轴向联合承载)下,轮毂轴承内外圈的最大应力位置与应力分布规律.模拟结果表明,轮毂轴承径向承载的Mises应力水平最高为3392MPa,径向、轴向联合承载应力水平次之为2431MPa,轴向承载应力水平最低为1960MPa;最大接触应力面积都为一小尖角,但不同工况分布位置不同,并随着应力的递减,等值应力面积逐渐增大:在三种工况下风外圈滚道与滚动体接触处的最大接触应力沿周向呈现不同的分布趋势.建模规则和分析结果对轮毂轴承的设计与生产具有一定的参考价值.     

内燃机凸轮轴径向振动特性优化研究

针对内燃机凸轮轴径向振动的问题,综合考虑轴承支撑刚度、阻尼以及轴段摩擦状况等因素的影响,利用AVL软件建立配气机构一维动力学模型。研究了轴承宽度以及轴承配合的相对间隙对凸轮轴径向振动特性的影响,并且对这2个参数进行优化。结果表明,增加轴承宽度以及适当增加轴承配合间隙能够减小凸轮轴径向振动速度和径向跳动位移,为凸轮轴径向振动的优化提供参考。     

电磁轴承中磁场时间和空间变化对涡流的影响

以向心电磁轴承为例,分别讨论了磁场随时间、空间变化对涡流场的影响,给出了求解二维问题的数学模型,然后用有限元求解,着重分析两者同时变化时,涡流与转子转速、励磁电流频率的关系。最后从数值解得出了频率和转速综合作用下的涡流损耗值与两者单独作用的值有平方关系的结论,并指出可以利用该结论进行分步求解。     

嵌入式超磁致伸缩构件多场耦合优化

建立了嵌入式超磁致伸缩GMM构件的机、电、磁、热多场优化模型,并采用多目标遗传算法实现了GMM构件的多场耦合模型优化。由GMM构件的一般设计准则和异形孔精密加工工艺要求,确定模型优化目标包括:合理的驱动刚度和较大的抗扭转刚度;驱动线圈效率系数大;空心线圈产生的高强度磁场;减少导磁回路磁阻,使GMM内部磁场强度高;强制水冷腔的散热效率高。优化变量包括:GMM的尺寸、导磁材料的磁导率以及磁回路、线圈、水冷腔体的结构。根据设计要求选取变量范围,采用非支配排序遗传算法(NSGA)在整个参数空间内搜索,得到了GMM构件主要结构参数,并通过试验和磁场仿真验证了结构设计方法的正确性。     

鼠笼异步磁力联轴器在耐高温磁力泵中的应用

为了对耐高温磁力泵进行设计和研究,保证磁力泵能够顺利启动和正常工作,对磁力泵中鼠笼转子异步磁力联轴器和泵的机械性能进行了对比分析.根据泵的基本性能公式,推导了泵的转矩与转速之间的关系.利用Ansoft Maxwell软件对鼠笼转子异步磁力联轴器进行有限元瞬态分析,得到转矩和转差率之间的关系,并分别对磁力联轴器的启动和正常工作两个阶段的磁场、扭矩进行了研究.通过将泵与磁力联轴器的性能进行综合分析,得出不同的磁力泵在不同转速下的扭矩、转差率等参数,并得出特定参数条件下泵与磁力联轴器的最优组合.试制出耐高温磁力泵样机进行试验验证,试验结果表明：在泵达到最高效率时,磁力泵的试验扭矩与理论分析得到的扭矩误差较小,说明磁力泵达到了最优化的设计结果,并验证了理论分析的正确性.     

电动汽车用异步驱动电机参数匹配设计

为了减小电动汽车用异步驱动电机的设计周期,提出了一种异步电机结构参数匹配设计方法。根据异步电机的动力性目标计算定子结构参数、转子结构参数,利用有限元软件建立仿真模型,分析验证参数合理性。仿真结果证明,电机磁场分布合理,工作性能稳定,各项参数满足电动汽车用异步驱动电机设计要求,对异步驱动电机的设计有一定的参考意义。     

汽车开关磁阻发电机的磁场分析

考虑到开关磁阻发电机(SRG)的磁饱和、非线性及磁场疏密分布的情况。通过ANSYS软件进行了在不同转子位置、不同电流下的SRG磁场的二维有限元分析和计算，据此可求得电机的参数和性能。并为实现电机的进一步优化做好基础。     

电动汽车固定区域行驶工况开发研究

行驶工况对于电动汽车的开发设计有很重要意义。本文以中山大学校区校园SEV中巴行驶工况开发为实例,通过实地调查和采集数据分析,根据固定区域内单一线路行驶车辆具有相似性和周期性特点,提出行驶段来分割原始数据方法。对大量试验数据进行了处理,提取有效行驶段的特征参数,引入主成分分析对特征参数进行压缩,以主成分参数为准则,从行驶段样品挑选出代表性行驶工况。本文提出了一种快速有效行驶工况开发方法,可以用在固定区域如景区、楼盘、学校里有相对固定路线的汽车行驶工况开发。     

直线-共轭内啮合齿轮泵的设计方法

以直线-共轭内啮合齿轮副为研究对象,对直线-共轭内啮合齿轮副的啮合特性进行了系统研究,得到了直线-共轭内啮合齿轮泵转子的较完整的设计方法.介绍了这种泵的工作原理,并综合齿轮及齿轮泵的设计计算方法,分析了直线-共轭内啮合齿形的基本参数和计算公式,给出了基本参数的选取和计算方法,推导了流量计算方程;利用平面啮合定理(Willis定理)和齿廓设计基本方法,分别得到了内、外齿轮的齿廓曲线方程.通过实例,求得其基本参数及齿廓曲线方程,并绘制出直线-共轭齿轮泵转子的图形,验证了基本参数和计算公式的合理性及齿廓曲线方程的正确性.     

平行动轴少齿差传动多齿接触问题研究

以有限元弹性接触分析理论为基础，建立了平行动轴少齿差内啮合齿轮多齿接触时的有限元模型，提出了一种对平行动轴少齿差内齿轮副啮合过程中实际接触齿对数、齿间载荷的分配及齿面载荷分布的分析计算方法。以SH－350型平行动轴少齿差双环减速器为例，分析了其在额定载荷工况下的实际接触齿对数、齿间载荷分配及齿面载荷分布规律等，并利用应变测试方法进行了相应的实验，验证了理论分析计算的结论，为平行动轴少齿差内啮合齿轮传动承载能力的估算，齿轮几何参数的确定及零部件的强度分析计算提供了理论依据。     

磁粉离合器转矩特性分析与优化

以提高磁粉离合器转矩容量为目的,在深入研究其工作机理的基础上,利用虚位移电磁力计算理论推导得出了转矩传递公式;以麦克斯韦方程为磁场分析的理论基础,建立了磁粉离合器二维有限元分析模型并进行了计算,仿真结果与试验结果吻合;根据仿真分析结果,对其进行了改进设计,改进后的磁粉离合器转矩性能提高了45％.