圆筒型永磁直线同步电机矢量控制系统仿真

针对圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM),提出了一种基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的矢量控制系统,采用速度、电流双闭环的控制方案,实现对TPMLSM的控制,并进行了仿真研究。Magnet建立TPMLSM有限元模型,Simulink构建基于SVPWM的双闭环矢量控制系统,利用Magnet与Simulink联合仿真接口,建立Magnet与Simulink联合仿真模型。仿真结果表明所采用的控制方法正确可行,控制系统具有良好的控制性能。

轴向充磁圆筒型永磁直线同步电机气隙磁场解析计算

介绍了一种基于许-克变换法的轴向充磁结构圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM)气隙磁场解析计算方法。首先采用许-克变换法计算出无齿槽时电机的气隙磁场;然后利用许-克变换法求取初级铁心开槽时的气隙相对比磁导函数,分析铁心开槽对气隙磁场的影响;最后通过无齿槽时的气隙磁场与有齿槽时的气隙磁场相对比磁导函数得到有齿槽时电机的气隙磁场分布。同时给出了该种充磁结构TPMLSM气隙磁场解析计算表达式,并以1台36/12极槽配合轴向充磁TPMLSM样机进行试验。试验结果证明空载气隙磁场的有限元分析值与解析值较吻合,空载电动势(EMF)计算值、试验测试值、有限元分析值一致。

Halbach圆筒型永磁直线同步电机永磁体用量优化研究

本文提出一种减小径向充磁永磁体厚度的Halbach圆筒型永磁直线同步电机结构,在不降低平均推力的情况下减少永磁体用量,从而降低成本。首先,通过磁路法计算得到直线电机气隙磁密公式,分析了永磁体相关尺寸与气隙磁密的关系。应用有限元方法分析了电机分割比λ、径向充磁永磁体厚度Pr和径向充磁永磁体长度mr变化对电机气隙磁密、平均推力以及永磁体用量的影响。以最大平均推力为目标确定了电机尺寸,比较了传统Halbach TPMLSM与减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM的气隙磁密和推力。结果表明,减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM比传统Halbach TPMLSM永磁体用量降低了15.27%,平均推力提高1.07%。最后,通过样机测试对仿真分析进行验证。

面向建筑电梯的圆筒型永磁直线电机优化设计

为了提高用于建筑电梯系统的圆筒型永磁直线同步电机(Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Machine,TPMLSM)建模计算效率、改进电机的优化设计方法,提出了一种基于子域解析法和自适应遗传算法的TPMLSM建模与优化方法,首先根据麦克斯韦方程组算得电机的磁通密度,使用气隙磁通密度积分法和麦克斯韦张量法分别算得空载反电势和定位力。基于解析模型,使用自适应遗传算法优化TPMLSM的初级铁心长度、轭部高度、齿槽宽度等尺寸参数,最后加工制作了优化后的样机进行实验测试,并建立了相应的有限元模型对比验证。实验结果表明,优化后的TPMLSM定位力减小了43.4%,电机解析模型与有限元模型的定位力计算误差为1.37%,解析计算速度是有限元法的4.7倍。

圆筒型永磁直线电机电磁振动特性研究

为了研究圆筒形直线电机的电磁振动特性,通过建立考虑电磁力空间分布的圆筒型永磁直线电机电磁振动解析模型,对该型电机的振动机理进行了研究。首先,基于Love壳体理论推导了电机简化壳体的模态参数;然后,结合圆筒永磁直线电机特有的轴向简谐分布、周向均匀分布电磁力,基于模态叠加法计算了电机简化壳体电磁振动,解析计算结果与有限元仿真值吻合较好;最后,利用所建立的解析模型分析发现,圆筒型直线电机电磁振动由径向呼吸模态决定,改变变频器的开关频率降低了电机的高频电磁振动幅值,相关理论分析和计算结果通过样机试验得到了验证。

圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场和推力解析计算

介绍了一种基于标量磁位分离变量法(圆柱坐标)的径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场解析计算方法。利用该解析法理论分析了无槽电机的气隙磁场,得到了气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果;同时对有槽电机引入了卡特系数并利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数,得出了径向磁通密度的解析表达式;此外,文中还利用解析法计算了无槽电机的推力;通过有限元数值算法对磁场和推力进行计算,结果表明,该电机气隙磁场及电磁推力的两种计算方法的结果误差很小,验证了解析法的正确性和实用性。最后给出了无槽型实验样机的径向磁场分布以及电机额定负载时的推力实验结果,验证了样机分析和设计的正确性。

基于有限元分析的3种圆筒型永磁同步直线电机的运行仿真

介绍了3种不同结构形式的永磁同步直线电机,基于3个不同的有限元模型,对电机的气隙磁密、齿槽力和力密度进行了分析。在分析过程中为减小电机推力的波动,进行了电机参数的优化设计。最后通过2台样机的测试,进一步验证了分析方法的正确性。

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场分析

针对径向充磁圆筒永磁直线同步电机,介绍了一种基于圆柱坐标标量磁位的分离变量法的磁场解析计算方法,并对大气隙无槽电机的气隙磁场分布进行了理论分析,得出气隙磁场轴向和径向磁场分布的解析结果.对有槽电机引入卡特系数,得出了修正的解析结果表达式,解析计算了电机的推力.利用有限元分析法,对磁场和推力计算结果进行了验证.结果表明,该电机气隙磁场的解析法和有限元法的计算结果误差很小,从而验证了标量磁位分离变量法计算气隙磁场及解析计算推力的正确性和实用价值.

圆筒型永磁同步直线电机偏心驱动模式下的纳米定位控制

分析圆筒型永磁同步直线电机(TPMSLM)定位波动产生原因,提出由TPMSLM定子和动子偏心安装产生电磁阻尼,与导轨密封垫阻尼结合来吸收和抑制电磁扰动引起的推力波动,以达到精确定位的目的。采用偏心结构在电机内构建一个作用类似于旋转电机滚珠丝杆传动机构的"中间环节",分析表明TPMSLM定子和动子偏心量与电磁扰动抑制能力成正比关系,当TPMSLM定子和动子偏心后的低端缝隙δ≤0.2mm时,其电磁扰动抑制能力提高了近10倍。此外实验也显示了导轨密封垫阻尼能吸收50%左右的电磁扰动量,实验证实了本文分析的正确性。

基于正交试验法的圆筒型永磁直线发电机优化设计

通过改变永磁体尺寸、比例系数以及定子齿宽等参数,分析了这些参数对发电机反电动势的影响情况,并以波形畸变率最小为目标,设计了正交优化试验,得到了上述参数的最优尺寸,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的设计和优化提供了理论依据。

圆筒型永磁同步直线电机大行程无过冲纳米定位驱动

为减少圆筒型永磁同步直线电机(TPMSLM)在直接驱动方式下的电磁扰动对纳米定位的影响,研究了TPMSLM定子与动子偏心安装的驱动模式,用于改变TPMSLM内部空间磁场分布,使包含电磁扰动的轴向电磁推力得到有效衰减,同时产生包含电磁扰动的径向电磁力,当两者与导轨摩擦阻尼共同作用时,可实现对电磁扰动的有效吸收.针对TPMSLM定位过冲,研究了变系数PI控制算法,用于实时改变系统的动静态驱动特性,达到对大行程驱动和纳米定位驱动的最佳控制.实验表明,TPMSLM偏心驱动模式及变系数PI控制算法能较好地满足大行程无过冲定位驱动和稳态定位波动小于10 nm的要求.

基于冻结磁导率法的圆筒型永磁直线发电机电感参数有限元分析

圆筒型永磁直线发电机具有结构简单、能量转换效率高、可靠性好等优点,已应用于波浪能发电、直线动能吸收装置当中。将冻结磁导率法作为电机电感的求取方法,计算了电机在宽电流范围以及在负载饱和情况下电机的直轴电枢反应电感以及交轴电枢反应电感,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的电感计算提供了理论依据。

无槽圆筒永磁直线同步电机推力波动的解析模型及抑制方法

无槽圆筒型永磁直线同步电机(slot-less tubular permanent magnet linear synchronous machine,STPMLSM)既避免了齿槽结构引起的齿槽力,又解决了初级铁心加工困难的问题,其推力波动主要来源是初级铁心端部效应和三相绕组电感不对称,介于齿槽结构与空心结构之间,推力波动的准确计算是此类电机设计与优化的关键。建立考虑初级端部效应的STPMLSM精确子域解析模型,能够快速计算空载与负载工况下的气隙磁密与推力波动,保证计算结果的准确性和高效性。基于该解析模型,提出初级铁心长度、三相绕组位置及匝数分配的综合优化方法,有效降低STPMLSM的负载推力波动,样机的推力波动从11.04%降到2.78%。最后,有限元模型和样机实验验证精确子域解析法及优化方案的正确性。

圆筒型永磁同步直线电机驱动的新型伺服压力机

提出了一种圆筒型永磁同步直线电机驱动的新型伺服压力机,采用肘杆增力机构解决了直线电机输出力不足的问题,进而扩大了直线电机式伺服压力机的公称压力。该种方式实现了采用小功率的伺服电机以获得较大吨位输出力的目的。此外,基于分散多动力思想,将圆筒型永磁同步直线电机与肘杆增力机构组成的单套动力源进行并联式机械组合,可形成2套、3套等多套动力源同步驱动的新型伺服压力机,获得了微、小、中、大等不同规格的伺服压力机。这种形式便于实现直线电机式伺服压力机的标准化、系列化和模块化。对单套动力源驱动的新型伺服压力机进行了仿真分析和样机研制,并对该新型伺服压力机进行了实验验证。结果表明,该新型伺服压力机具有良好的输出力、充足的锻压能力、灵活的运动。

附加槽对圆筒型永磁同步直线电机齿槽力影响研究

为了提高圆筒型永磁同步直线电机在高速加工中心等应用场合的伺服驱动性能,使用专业电磁分析软件Ansoft对圆筒型永磁同步直线电机的齿槽力进行分析。初级齿部加附加槽能在一定程度上减小齿槽力,附加槽的尺寸大小和形状均会对电机的齿槽力产生影响,因此重点对附加槽的最佳尺寸和形状进行了研究。

基于不匹配干扰观测器的圆筒型永磁直线电机新型滑模速度控制

圆筒型永磁直线电机（tubular permanent magnet linear motor,TPMLM）具有推力密度大、效率高等优点。不匹配干扰易引起电机速度波动、超调等问题,恶化了TPMLM的系统性能。为解决该问题,该文提出一种基于不匹配干扰观测器的新型滑模控制策略。该策略在滑模面中引入扰动观测器,采用该扰动观测器观测不匹配扰动,确保TPMLM系统对不匹配干扰和匹配干扰具有鲁棒性;将反馈q轴电流融入速度控制器中,实现电机速度和电流的双重控制,能使电机速度快速跟随且无超调,提高该类电机系统的动态性能和稳态性能。仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性。

用于海浪发电的圆筒型永磁直线发电机性能分析

波浪能是一种清洁的新能源,近几年提出的多种开发波浪能的方案,大多都在波浪能和发电机之间加入转化装置,这样效率低、成本较高。提出了圆筒型永磁直线发电机可以将波浪能直接转化为电能,详细阐述了该发电机的结构和工作原理。该发电机内的电磁场具有轴对称性,故将其三维电磁场简化为二维场。运用电磁场有限元分析软件对发电机进行仿真,并研究其特性,如磁场分布、空载反电动势、绕组磁链、电磁力和绕组电感等,仿真结果可以指导圆筒型永磁直线发电机的理论研究。

基于Python的JMAG二次开发在游标型永磁直线同步电机设计中的应用

本文为游标型永磁直线同步电机开发了基于Python的JMAG二次开发设计程序,设计程序包括了校核计算、矢量控制、单结构参数扫描和数据库管理等功能。通过输入界面设置与实时显示游标型永磁直线同步电机结构,再由JMAG脚本完成电机的参数化建模,然后进行有限元仿真,仿真结束后程序获取有限元计算结果,进行分析与可视化处理。校核计算时输入电流相位由输入界面设定,矢量控制时输入电流相位则由程序根据动子位置自动确定,而单参数扫描时则按设定的参数组逐个计算,从而选择最优值。该二次开发设计程序可移植性强,能够实现电机的快速设计。

圆筒型永磁直线电机齿槽力解析

针对圆筒型永磁直线电机齿槽力解析计算不够准确的问题,提出了一种利用能量法解析研究齿槽力的方法。利用许—克变换计算出了该种结构的无槽和开槽后的基本气隙磁场强度,计算出气隙最小处的气隙磁场强度,最终得出整个电机的气隙磁场强度。根据得到的气隙磁场强度公式得出电机能量,结合电机能量和齿槽力的关系推导出齿槽力解析公式,并使用有限元法仿真和样机实验结果验证所提方法的有效性和准确性。结果表明:解析法、有限元法计算和实验测量的齿槽力规律完全一致,峰值分别为22.2、20.8、0.9 N,三者结果吻合较好。该方法是一种快捷、有效、计算精度高的方法。