For Propulsion Applications It Is Possible to Utilize Both the Torque Output of the Rotor and the Reactional Torque Acting on the Stator of the Driving Electric Motor by Linearizing the Stator

This paper presents a novel idea of utilizing the reactional torque of the conventional electric motor as a linear output for propulsion in addition to the conventional torque output of the rotor. The idea is demonstrated by a theoretical proposal of linearizing the stator of one of the most used motors in Electrical Vehicles and Hybrid Vehicles. The proposed Linear Stator Motor is a simple modification without involving any functional change of the conventional motor. Though theoretical, the indicated possible input energy saving of more than 75% as compared to the conventional motor is no surprise, as by linearizing the stator, an almost equal linear propulsion output is added to the conventional rotor output. In addition to this remarkable saving in input energy, the proposed Linear Stator Motor that suits all types of vehicles, can maintain propulsion without the need for a mechanical transmission system. Also, in the case of watercraft and aircraft vehicles, no external mechanical propulsion drive system is required. It is just an internal force that can push the vehicle forward, backward, or laterally, while the conventional rotor output can be utilized for energy recovery by driving a DC generator.

直线电机分段供电协同控制策略

针对多个变流器交替为长定子直线电机多个定子段分段供电存在的问题,该文提出一种电流协同控制策略来减小推力波动。首先,优化电机电路连接拓扑,将由同一变流器供电的定子段的中性点连接在一起,采用电流过零开通的切换策略,使得电流由一个定子段切换至另一个定子段的过程中,变流器的电流连续无畸变。然后,建立电机单个定子段(简称单元电机)的电压和推力方程。根据单元电机的状态方程,得出2个单元电机的电流之和、电流之差对应的状态方程及推力表达式,设计相应的电流协同控制器。通过2个单元电机的电流之和来控制系统输出推力、2个单元电机的电流之差来控制推力波动。该电流控制策略减少了动子过分段时产生的推力波动,实现推力与电流偏差导致的推力波动之间的解耦控制。仿真和实验结果验证了所提电流协同控制策略的有效性。

考虑悬浮牵引耦合的常导高速磁浮列车牵引性能仿真

常导高速磁浮列车长定子直线同步电机(LLSM)定子电枢电流和动子励磁电流产生的磁动势共同作用形成气隙磁场,实现车辆悬浮和牵引,所以悬浮力和牵引力之间存在耦合。基于MATLAB/Simulink建立了牵引供电系统的仿真模型,采用不考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,在恒定励磁电流条件下仿真计算了牵引性能;采用考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,其以有限元仿真数据为样本库,基于线性回归最小二乘方法拟合得到,在恒定悬浮力条件下仿真计算了牵引性能。通过对比两种仿真结果,分析了耦合作用的影响。

考虑悬浮导向间隙变化的长定子直线同步电机力性能分析

常导高速磁浮列车长定子直线同步电机由于特殊的分离结构,气隙由悬浮与导向系统决定,导致牵引力与悬浮力容易受到悬浮与导向系统性能的影响。研究了一个长定子段下垂、悬浮磁极模块纵向倾斜和横向偏移三种工况对气隙的影响,基于有限元软件建立了2D与3D有限元模型,计算分析了长定子直线同步电机的牵引力和悬浮力,揭示了气隙变化对力的影响规律。分析结果可以为高速磁浮列车的牵引系统设计与控制提供参考。

准同步运行双馈直线电机定子磁场定向方法研究

【目的】本文聚焦于准同步运行双馈直线电机(DFLM)动子电流矢量控制的定子磁场定向问题。针对高速磁浮应用工况下由于动子磁动势远大于定子磁动势而导致的定子磁场信息难以获取问题,以及悬浮控制中动子电流存在谐波注入问题,本文创新性地提出了一种基于动子固结α-β坐标系的定子磁场定向方法及其相应的参数校正方法。【方法】该方法通过误差分析和参数校正,获得足够精度的动子侧参数,从而直接在动子绕组中精确求解占比较小的定子反电动势用于磁场定向。【结果】基于DFLM试验平台对所提方法进行验证,结果表明,在足够精度的动子侧参数下,该磁通观测算法能使定子电流T轴分量收敛并稳定于0 A,实现磁场定向。【结论】本文所提方法能获得足够准确的动子参数,并达到良好的磁场定向效果。且不受动子电流谐波注入的影响,能保持良好的动态性能,维持稳定的磁场定向。

一种四定子双边直线感应电动机数学模型和工作特性

基于电磁发射特殊需求,设计了一种新型四定子双边直线感应电动机,提出了此新型四定子双边直线感应电动机的电磁模型,分析了电机上、下定子在动子上所感应涡流的耦合特性和上、下定子端部相邻绕组的耦合特性,建立了这种新型直线感应电动机的耦合等效电路模型。基于等效电路模型,分析了上、下定子以及动子上、下等效绕组相关物理量的耦合性质与电机工况间的关系,研究了动子上、下等效绕组相关物理量在数学上实现解耦的工况条件。实验结果验证了所做研究分析的正确性。

长定子直线感应电机饱和特性和非线性计算

提出了一种应用于电磁发射场合的新型无槽双边长定子直线感应电机,该电机取消了传统电机的齿槽结构,增大了电机定子绕组的导电面积,降低了电机损耗和温升。基于电磁场有限元仿真计算得到了电机定子漏感和励磁电感的饱和特性,给出了电机非线性工况的计算方法。实验结果和计算结果的比较验证了计算方法的正确性。

双定子直线感应电机饱和特性分析

基于电磁场理论,提出一种双定子直线感应电机电感饱和特性的理论计算方法。该方法利用简化的多折线来近似实际的铁心磁化曲线,基于该简化磁化曲线,利用磁路法计算了电机的铁心磁阻及气隙磁阻,并将铁心磁阻折算到气隙磁阻中,推导出一种计及铁心磁阻的电机等效饱和气隙表达式,利用该式可方便的计算出电机饱和电感。另外,该文将三维有限元计算和理论解析计算相结合,有效的计及了电机端部线圈对饱和的影响。最后,建立了双定子直线感应电机的耦合饱和模型,并通过实验验证了模型的有效性。

高速磁悬浮列车定位测速系统

为实现高速磁浮列车位置和速度检测,提出一个检测方案.该方案通过检测长定子直线同步电机的齿 槽和轨道旁固定位置的绝对位置参考板获取相对位置与绝对位置信号,并利用这2个信号相互校验,消除检测过程中产生的误差.在与上海高速磁浮示范运营线完全相同的长定子上进行的实验结果证明所提方案是可行的.

长定子同步直线电动机的设计及其优化

详细讨论了长定子同步直线电动机的设计过程 ,给出了电机基本参数以及推力与电流比的计算公式。并采用遗传模拟退火算法对长定子同步直线电动机进行了优化 ,取得了良好的优化效果。

位置信号延时对牵引力控制性能的影响分析

为了研究高速磁悬浮列车牵引控制技术,获得高性能的动静态控制性能,针对高速磁悬浮列车位置检测传输的特殊性,介绍了位置检测系统的基本构成,分析了位置信号延时产生的原因。依据交流电机磁场定向控制原理以及自动控制理论,推导了长定子直线同步电机牵引控制系统传递函数及其状态方程,分析了位置信号检测延时对牵引力控制动静态性能的影响。结果表明位置信号检测延时会造成系统稳态下牵引力损失,导致控制系统动态性能变坏,系统运行带宽减小。

长定子直线同步电动机轨道空间处的电枢反应电抗和谐波漏抗

介绍了长定子直线同步电动机轨道空间处定子磁场的特点,提出了轨道空间处电枢反应 电抗和谐波漏抗的计算方法,并以磁悬浮列车Transrapid-08为例,验证了该法的正确性。

基于假设坐标系法的长定子直线同步电机无速度传感器算法

针对长定子直线同步电机的牵引控制提出了一种无速度传感器算法。该算法根据假设坐标系与实际动子坐标系之间的角度偏差来构造扰动观测器来观测假设坐标系中的反电动势值,并利用反电动势通过反三角函数获得角度偏差,通过修正这一偏差来获得动子位置和速度信息。整套算法在IOWorks环境中开发,并在基于VME总线的控制系统中进行实验。实验结果表明本算法能够很好地估算出动子的位置和速度信息。

螺杆钻具定转子热力耦合行为

针对螺杆钻具定转子啮合热滞后常常引起定子烧心失效这一工程难题,建立了三维螺杆马达定转子动态仿真模型,编写相关计算程序与仿真软件二次开发子程序,利用单向解耦方法,将复杂的动态超弹性材料热力耦合问题分解为形变分析、损耗分析和传热学分析3部分,对影响定子衬套线型及温度分布的相关因素进行热力耦合有限元分析。研究发现,热滞后对定子的温度分布与定子型线位移有较大影响,钻井液压力对定子型线的位移分布影响最大,同时也会加大定子的滞后生热,而过盈量的大小也对定子的滞后生热有着较大影响,当井深达到一定深度时,不适当的过盈量会导致螺杆马达效率降低。研究结果为螺杆钻具在使用过程中常常出现的烧心、效率降低、转速慢等现象提供了理论支撑,同时也为螺杆钻具定转子线型结构优化提供理论依据。

圆柱定子直线超声波电机定子机电耦合模型研究

利用Hamilton能量变分原理对圆柱定子直线超声波电机定子进行建模。根据电机定子的振动模态,推导出电机定子的机电能量系统,并通过对能量的变分,导出电机定子的运动方程,建立圆柱定子直线超声波电机定子机电能量转换模型。利用Matlab/Simulink仿真模块对机电能量转换模型进行求解,分析振幅和驱动频率的关系以及启动过程中定子振幅从零升至稳定值的变化过程。最后通过实验对样机进行验证分析。建立的机电能量转换模型较为精确地给出电机定子的机电耦合特性,对电机设计以及电机控制有一定的指导意义。

用于磁悬浮列车的长定子同步直线电动机的电磁设计

介绍用于磁悬浮列车中的长定子同步直线电动机的工作原理,指出其电磁设计特点,特别是与一般旋转电机在设计上的不同之处.并编制了电磁设计程序,为长定子同步直线电动机的计算提供了依据.

变截式L定子纵振模态驱动的直线超声电机

旨在丰富直线电机形式，提出基于变截式L结构驱动的直线超声电机原理及其压电换能结构。利用压电陶瓷激发定子横、纵杆的一阶纵振模态而在驱动足合成出椭圆轨迹．以推动动子作直线运动。将横杆和纵杆设计成变截面渐缩式结构，以利放大驱动足振幅。阐释了电机的超声振动驱动机理，推导出驱动足振动方程。构建了定子机电耦合动力学分析有限元模型及其频率一致性优化模型，解算出定子的优化尺寸并求取了电机工作模态，仿真出驱动足的瞬态振动响应、椭圆轨迹及调频、调压、调相振动特性。设计出电机装配结构，制成定子物理样机。通过模态、定频、扫频试验验证了电机原理有效。研究表明。在正常激励下，驱动足x、y向振幅可达4．7μm、3μm。该电机有望输出较大速度和推力。

圆筒型双定子直线电动机特性分析

针对普通的圆筒型直线电机单位体积产生的推力不大的缺点,提出并设计了双定子直线电机。采用T型等效电路分析了该新直线电动机的特性。分析表明该电动机与同体积的圆筒型直线电机相比,能产生较大的推力。实验表明该方法正确可行。

次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机及其控制

该文提出一种双边磁通切换永磁直线(double-sided linear flux-switching permanent magnet,DLFSPM)电机及其驱动系统。该电机的永磁体和电枢绕组均置于初级定子,次级动子仅由导磁铁芯构成,并且次级无轭部。因此,该电机具有结构简单、可靠性高等优点,适用于高速电磁推进场合。基于有限元法分析该电机的结构特性、绕组互补特性和静态电磁特性。在此基础上,建立电机的数学模型并确定电机的控制策略。基于Matlab/Simulink构建DLFSPM电机和驱动系统的仿真模型,并分析DLFSPM电机的动态响应。加工制造DLFSPM实验样机并完成该电机的驱动控制平台和实验研究。仿真和实验结果表明,DLFSPM电机反电势正弦对称、动子简单可靠,具有良好的动态响应。

基于磁场能量摄动法的多段永磁直线电机段间电感参数的研究

铁心连续分段式永磁直线电机的单段定子包括动、定子耦合区域与未耦合区域,其中未耦合区域为半开域磁场。本文从单段定子的区域磁场特征分析入手,分别进行齿槽效应等效、半开域磁场边界确定等求解问题的处理,通过积分获得区域磁场储能并将其函数化,由端部补偿储能等效求取三相互感的不对称分量,进而基于能量摄动法获得分段永磁电机在段间过渡时增量自感及互感的变化规律;同时分析不同定、动子长度比对段间动态电感的影响规律。最后通过有限元及di/(dt)实验法验证解析结果的有效性。