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。

永磁直线同步电机出入端磁阻力齿槽分量分析

采用有限元法及间接法对PMLSM的动子在出入端时的磁阻力的齿槽分量进行分析。实际物理模型的初级铁心被分解为不含齿槽和包含齿槽但不包括端部的两FEA模型;采用间接法研究PMLSM原始模型及改变PMLSM的端部半填槽槽形后对电机动子在出入端处磁阻力齿槽分量的影响和变化规律。将分析结果与实验数据进行了比较,验证了方法的正确性及有效性,为PMLSM的性能研究及电机设计提供了理论。

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。

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.

基于BP神经网络的永磁直线同步电机齿槽力预估器

为了减小永磁直线同步电机(PMLSM)齿槽力的波动,采用二维电磁场有限元方法,结合动态分网来描述PMLSM定、动子间的相对运动.考虑非线性磁饱和的影响,对槽形尺寸、斜槽、闭口槽、气隙、分数槽等影响下的齿槽力进行了分析.计算结果表明,分数槽是有效减小PMLSM齿槽力波动的重要措施.将模拟计算得到的槽形、气隙对齿槽力波动的影响作为神经网络的训练样本,结合动量法和自调节学习规则,构建了基于BP神经网络的齿槽力预估器.通过该预估器,可以在PMLSM设计阶段对槽形尺寸、气隙大小进行合理的选择.

潜油永磁直线同步电机优化设计

陆地油田深井采油需求越来越多。深井需使用加厚套管,井下尺寸较小,同时更深的油井采油需要更大的举升力,使用传统系列潜油直线电机存在两个问题,尺寸紧张、推力不足,潜油直线电机急需优化设计,以满足新的采油需求。首先分析了潜油永磁直线同步电机的结构与性能的关联性,找出了主要的结构变量。然后通过有限元分析了结构变量对电机性能的影响,并综合筛选出优化方案。最后通过制作样机,搭建试验平台,验证了优化方案。潜油永磁直线同步电机优化方案性能满足了油田采油的新需求。

分数槽Halbach永磁直线同步电机磁场解析计算

分数槽Halbach永磁直线同步电机(fractional-slot Halbach permanent magnet linear synchronous motor,FH-PMLSM)的次级永磁体采用Halbach阵列,初级绕组采用端部不重叠的集中绕组,与常规的分数槽永磁同步直线电机相比,具有推力密度大、损耗小等优点,适用于长行程、大推力驱动场合。文章在Halbach永磁阵列的电流密度等效基础上,对16极15槽FH-PMLSM建立分层解析模型,利用矢量磁位和边界条件推导出气隙区域、齿槽和永磁体区域磁场的解析公式,并结合分布式卡式系数分析FH-PMLSM励磁磁场的分布,进一步对不同气隙长度的FH-PMLSM的电磁推力进行计算。结果表明:解析计算与有限元计算的磁场结果基本吻合,验证了该解析方法的正确性,为分数槽Halbach永磁同步直线电机的工程分析和优化设计提供了依据。

错位式双边型永磁直线同步电机优化设计

针对12槽/11极双边型永磁直线电机,提出了采用电枢或磁极错位一定距离来削弱推力波动的有效方法,并进行了结构优化设计。针对该优化方案,研究了空载工况和额定工况时的电磁性能和推力性能,并进行实验测量与验证。通过与另外两种极数比槽数多的槽极配合(12槽/13极、12槽/14极)结构相比,不仅验证了错位方法的通用性,而且表明了极数比槽数多的槽极配合结构力性能更好,即12槽/14极结构力性能更优。

永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究

由边端力、齿槽力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)运动性能的主要因素。通过优化电机动子长度方法降低边端力,采用分数槽结构方法降低齿槽效应引起的齿槽力,利用有限元方法计算PMLSM法向吸力,并采用傅立叶级数进行非线性回归分析,得到PMLSM推力波动统一公式。实验表明PMLSM进给单元推力波动实验值与理论值基本一致。证明了优化理论及分析方法的正确性。因此,在实际应用中,可利用得到的公式对推力波动进行补偿,提高永磁直线同步电机的运动性能。

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。

潜油直驱圆筒形直线永磁同步电动机开发

该文基于潜油直驱应用,对圆筒形直线永磁同步电动机进行研究开发。采用模块化叠片定子铁心结构、轴向充磁磁体结构及9槽/10极电机单元组成电机样机,采用动密封型式满足实际恶劣工作环境的密封要求。通过电磁场分析设计小型工程样机,并进行了样机制作和试验,试验表明,样机电机具有高出力、高运行效率特点,能够满足实际工程需要,为实际工程样机的设计制作打下基础。

双边错位高速永磁直线同步电机的设计与分析

针对传统的4极6槽双边对称长初级永磁直线同步电机,在保证电磁推力大小的情况下,提出采用双边错位来降低永磁体涡流损耗的有效方法。介绍电机的基本结构,阐明双边错位结构可以完全消除偶数次电枢谐波磁动势,进而能大幅度降低次级永磁体涡流损耗。利用有限元分析(FEA)软件对比分析对称结构和错位结构的定位力、电磁推力和次级涡流损耗,验证错位方法的正确性,并进行结构优化设计。最后,研制一台样机并搭建实验平台,测得样机的空载反电动势、定位力以及静推力。

圆筒永磁直线同步电机磁场分析

本文针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,介绍了一种基于圆柱坐标的标量磁位许-克变换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了较详尽的理论分析,还得出了计算解析结果。然后利用有限元分析法,对该计算结果进行了验证。结果显示,对于大气隙解析计算结果比较接近磁场的平均值,而小气隙电机两种计算方法的结果误差很小,从而验证了许-克变换法的正确性和实用价值。

基于辅助铁心的永磁直线同步电机边端力最小化

针对永磁直线同步电机(PMLSM)边端力最小化问题,提出在初级铁心两端增加辅助铁心的方法,有效削弱PMLSM的边端力。首先分析了边端力产生的机理,对齿壁上所受电磁力进行解析研究。当初级铁心两端辅助铁心高度为一个气隙长度,且辅助铁心长度为1/4永磁极距时,边端力有最小值。以一台36槽12极轴向充磁圆筒永磁直线同步电机(TPMLSM)为例,进行有限元仿真分析和试验测试,边端力的有限元分析值和试验值较吻合,证实了所提方法能够有效削弱PMLSM边端力,为该类电机边端力最小化提供了一种简单有效的技术手段。

永磁直线同步电机推力扰动抑制仿真

当前永磁直线同步电机(PMLSM)推力扰动抑制算法的高复杂度导致了伺服系统调节响应速度的滞后性,在高响应速度要求的情况下成为了不可忽视的问题。为解决上述问题,在对PMLSM进行了动态带载电磁场有限元分析的基础上,采用分数槽设计削弱了齿槽效应并提出了基于灰色预测理论(GM)的PMLSM推力预测前馈控制策略,提高了推力补偿调节响应速度。仿真结果证明:所提出的控制策略有效地提高了PMLSM伺服动态调节响应速度和运行精度。

不同铁心材料在圆筒形永磁同步直线电动机中的对比研究

以传统叠装硅钢片为初级铁心的圆筒形永磁同步直线电机存在诸多不足,因其结构复杂不易加工制造,且磁场在初级铁心轭部与硅钢片叠压方向垂直,造成涡流损耗较大。因此本文提出以一种新型的软磁复合材料(SMCs)替代传统叠装硅钢片初级铁心的圆筒形永磁同步直线电机。首先建立了基于传统叠装硅钢片和软磁复合材料两种初级铁心材料的圆筒形永磁同步直线电机的二维有限元仿真模型,对两种结构电机仿真所得到的气隙磁场和空载反电势进行对比,并对电机带额定负载的运行性能进行了分析。仿真分析结果表明,两种电机的气隙磁场和空载反电势以及电机的带负载能力基本一致,以SMCs作为铁心的新型电机性能没有降低,因此用SMCs代替硅钢片制造该电机的初级铁心是可行的。

一种圆筒形永磁磁阻式直线电机

一种圆筒形永磁磁阻式直线电机，它涉及一种直线电机。它包含机壳，轴，电枢铁心，隔磁环，配置在各相电枢铁心上并位于两大极之间的环形的电枢绕组，非电枢铁心，该电机为非电枢铁心可动式结构，非电枢铁心为圆筒形并套装在轴上，

一种圆筒形永磁磁阻式直线电机

一种圆筒形永磁磁阻式直线电机，它涉及一种直线电机。它包含机壳、轴、电枢铁心、隔磁环、配置在各相电枢铁心上并位于两大极之间的环形的电枢绕组、非电枢铁心。该电机为非电枢铁心可动式结构，非电枢铁心为圆筒形并套装在轴上，电枢铁心为圆筒形，电枢铁心的外圆面与机壳的内表面紧密配合。

新型圆筒型错相式横向磁通永磁直线发电机结构及其漏磁分析与优化

直线电机目前已经大量应用于工业、军事、民用及其他各种直线运动的场合,在波浪能发电装置中,直线发电机也将得到越来越广泛的应用。提出一种新型圆筒形错相式横向磁通永磁直线发电机的拓扑结构,该结构具有可由硅钢片叠压、设计更自由、整体性更强的优点。同时,其初级铁心单元加工方便,能够充分利用次级永磁体。阐述该电机的工作原理,推导电机的空载主磁通和空载感应电势。通过三维有限元分析计算电机电磁特性,发现了发电机漏磁较大的问题。在此基础上,引入基于元模型的遗传算法对发电机齿形、叠压系数、永磁体间距进行优化设计,实现对发电机关键参数和尺寸的合理选取。最后,给出样机电磁方案,并试制一台150W的样机。通过样机实验,验证了新型发电机拓扑结构的正确性。