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。

主动悬架用非均匀齿圆筒型永磁直线电机多目标分层优化设计

针对直线电机式电磁主动悬架推力波动大、推力密度低的问题,提出一种非均匀齿结构的Halbach圆筒型永磁直线电机。利用解析法对该电机的边端力模型进行推导,并进一步分析非均匀边端齿结构对电机输出性能的影响。根据分析结果选取边端齿的轴向长度和径向削短高度、永磁体高度和径向充磁的长度、内部齿的长度5个参数作为优化因子,以电机输出推力最大和推力波动最小为优化目标进行田口法和响应面法优化,得到参数的最优值。试制了原理样机并搭建了实验平台,对电机进行空载与负载实验,验证了所提结构及其设计优化方法的有效性。

NSGA-Ⅱ应用于圆筒型永磁直线电机的多目标优化

针对圆筒型永磁直线电机提出了使用二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化其功率和效率。首先根据电机的二维有限元模型,计算电流、电压等参数;其次利用敏感参数法建立以气隙长度等为变量的优化模型,并计算电机的电磁参数;再对电磁参数数据训练,以NSGA-Ⅱ为优化算法的多目标优化模型,优化电机的功率和效率;最后根据优化结果加工出了MTS100kN万能试验机。样机实验结果验证了所提出的多目标优化设计方法和性能分析的正确性。

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。

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。

直驱波浪发电用圆筒型永磁直线电机的磁阻力最小化分析

圆筒型永磁直线发电机(TPMLG)广泛应用于直驱式波浪能发电装置中以提能量转化效率,但由边端力、齿槽力等引起的磁阻力波动是影响永磁直线发电机运动性能及整个能量装置稳定性的主要因素。首先运用傅里叶级数与数值分析相结合的方法对TPMLG边端力进行分析,提出优化动子长度降低边端力的原理与方法;其次,在旋转电机磁场能量计算方法的基础上对TPMLG齿槽力的计算公式进行推导,得到TPMLG齿槽力波动统一公式;最后采用有限元方法(FEM)建立PMLG磁阻力分析模型,在电机不同槽距与极距的匹配情况下,对电机的磁阻力进行仿真分析与验证,得到电机的槽距和极距的最优尺寸。优化理论及仿真分析方法可以指导TPMLG的设计与研究。

圆筒型永磁直线电机磁阻力最小化分析

为了提高圆筒型永磁直线电机在高速加工中心、精密磨床等应用场合的伺服驱动性能,基于Ansoft软件分别对影响圆筒型永磁直线电机运行性能的边端力和齿槽力进行了分析。推导了初级铁心长度和边端力的解析关系式,得出了最优的初级长度,通过有限元仿真证明了所得结论的正确性。针对旋转电机中采用均匀分布辅助槽来削弱齿槽转矩的方法进行了深入的分析,重点研究了辅助槽尺寸对永磁直线电机齿槽力的影响。最后对电机磁阻力进行了分析并通过有限元仿真证明了所采用方法的有效性。所得结论可为直线电机的设计提供一定的理论指导。

圆筒型永磁直线电机的设计及有限元分析

圆筒型永磁直线电机是一种新型的电力传动装置,它能将电能直接转换成直线运动所需的机械能,并且具有反应速度快、结构简单等优点而广泛应用于直线驱动领域。为了改善圆筒型永磁直线电机气隙磁密波形的正弦性并提高其推力性能,结合有限元分析法分别从槽极数配合、绕组分相、初级铁心长度选取等方面系统地分析了各参数对电机性能的影响。最终确定圆筒型永磁直线电机结构参数,所得结论为圆筒型永磁直线电机设计提供理论依据。

用于直接驱动机床主轴的大推力圆筒型永磁直线电机的研究

根据机床主轴进给性能指标的要求,计算圆筒型永磁直线电机的主要尺寸参数,然后通过有限元分析对电机的输出性能进行优化。最后设计基于各相独立电流环控制的控制方案,完成机床主轴直线电机进给系统的总体设计。设计的大推力圆筒型永磁直线电机能实现机床主轴的直接进给驱动,具有效率高,精度高,动态响应快等优点。

三种不同充磁方式圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的大小。利用有限元软件An-sys分析了三种不同充磁方式动子结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。在其它结构参数不变时,分析了极弧系数、永磁体厚度和气隙大小随气隙磁密大小变化规律。得出了在相同条件下,轴向充磁和Halbach充磁方式气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而径向充磁方式气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。

基于等效面电流法表面贴磁圆筒型永磁直线电机磁场研究

气隙磁场是表面贴磁式圆筒型永磁直线电机的重要参数,它对该种电机的推力密度、效率等性能影响很大。通过建立等效面电流模型得出了计算气隙磁场的准确解析公式,再与有限元法计算结果进行对比,得出了该解析法有效的结论。

圆筒型永磁直线电机的磁热双向耦合分析

温度变化会改变圆筒型永磁直线电机中绕组的绝缘性能和永磁体的磁性能,进而对电机的工作性能和使用寿命产生影响。为了准确计算出电机在稳定工作时的温升,提出了一种磁热双向耦合计算方法。利用SolidWork软件建立圆筒型永磁直线电机的三维模型,使用有限元软件对电磁场和温度场进行仿真,并将电磁场和温度场相互耦合,反复循环迭代,直至得到收敛的电磁场和温度场,并与磁热单向耦合仿真结果进行对比。电机的温升试验结果表明,双向耦合比单向耦合的仿真结果更加接近试验值,能够更加准确的计算出电机的温升,可为电机的材料选型与热平衡设计提供参考。

无槽嵌入式圆筒型永磁直线电机磁场解析研究

介绍了基于麦克斯韦电磁方程利用分离变量法和许-克变换两种解析方法计算无槽轴向充磁圆筒型永磁直线电机磁场。并把两种解析法和有限元法计算的结果对比,得出了两种方法的可行性,但是利用许-克变换隐函数计算磁场误差更小、结果更准确。该方法物理概念清晰,与有限元法计算复杂、计算过程时间长相比,其计算量仅相当于一般的磁路法,并且容易在计算机上实现。

轴向充磁圆筒型永磁直线电机磁场解析

针对轴向充磁圆筒型永磁直线电机的磁场分布和气隙磁场的计算与径向充磁问题,提出了一种基于基本气隙磁场计算轴向充磁圆筒型永磁直线电机磁场的解析计算法.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,再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.以一台10极9槽轴向充磁永磁直线样机为例来验证所提方法的有效性和准确性.结果表明:解析法和有限元法计算气隙磁场强度的变化规律完全一致,峰值分别为1.3 T和1.28 T,两者结果吻合较好.所提方法是一种快捷、有效、计算精度高的方法.

新型圆筒型永磁直线电机密封筒的设计与仿真分析

设计了一种新型圆筒型永磁直线电机的定子密封筒结构,密封筒由导磁材料与非导磁材料交替焊接而成。应用ANSYSMaxwell软件仿真分析了新型密封筒对圆筒型永磁直线电机电磁性能的影响,结果表明:新型密封筒的圆筒型永磁直线电机相较于传统密封筒的圆筒型永磁直线电机的磁阻和漏磁损失减小,损耗和输出功率有小幅增加,电磁推力提高了27%,可为圆筒型永磁直线电机密封结构的设计提供参考依据。

基于响应面法的圆筒型永磁直线电机推力特性优化

为了提高圆筒型永磁直线电机推力和降低电机的推力波动,采用响应面法和遗传算法对电机进行优化设计。利用响应面法建立电机平均推力和推力波动的解析模型,建立目标函数。为了计算由响应面法得到的二阶解析模型的系数,应用有限元法,采用Box-Behnken法对几何设计变量进行了数值实验。利用遗传算法作为搜索工具,对电机进行优化设计,以提高电机性能和减小永磁材料的成本。有限元仿真结果表明,与原始电机相比,优化后的电机平均推力提升了18.67%,推力波动降低了73.20%,用磁量减少了22.67%。

三种不同形状永磁体圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的性能。利用有限元软件ANSYS分析了三种不同形状永磁体结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。得出了在相同条件下,矩形和梯形永磁体结构气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而菱形结构气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。

圆筒型永磁直线电机的磁场解析研究

圆筒型永磁直线电机具有体积小、结构简单、动态性能好等优点,且由于圆柱形的整体外型结构,其运行速度较快且行程相对较长,非常适合钻进系统。现从圆筒型永磁直线电机技术指标入手,运用磁场解析法来求解复杂区域的电磁场分布问题,根据磁场分析和数学推导,完成重要电磁参数及磁场分布的计算,构建出电机的磁场解析计算模型,并用有限元法仿真验证该解析模型的正确性。

不等距圆筒型永磁直线电机推力波动研究

齿槽力和纹波推力是引起永磁直线电机推力波动的主要因素,采用能量法和傅里叶分析法对齿槽力进行了解析分析,对于整数槽绕组圆筒型永磁直线电机提出采用定、动子不等极距的方法削弱电机的齿槽力,并对不等极距消弱齿槽力的机理进行了理论分析,给出了动子极距选取的计算公式,同时研究表明采用合适的动子极距可以降低空载电势中的谐波含量,进而抑制了由空载谐波电势引起的纹波推力。有限元分析和样机实验表明:齿槽力得到了有效的消弱,降低了空载反电动势中的谐波含量,电机的推力波动得到了有效的抑制。

多段式初级铁芯圆筒型永磁直线电机齿槽力研究

针对永磁直线电机的推力波动问题,首先针对整数槽绕组多段式初级铁芯结构圆筒型永磁直线电机,提出了采用初级铁芯依次沿纵向移距的方法削弱电机的齿槽力,并基于能量法推导了初级铁芯模块移距法削弱齿槽力的机理,给出了初级铁芯模块移距的计算公式;其次,针对初级铁芯模块移距引起各段相电动势的分布的情况,给出了空载电动势等效分布系数的计算公式;最后,进行了有限元分析及试验。结果表明:初级铁芯模块移距后,电机的齿槽力得到了有限的抑制,大大降低了空载电动势中的谐波含量,相空载电动势波形更加正弦化。