分数槽集中绕组无铁心永磁直线同步电机推力分析

为实现应用于步进扫描投影光刻机中长行程直线电机的高推力密度、低推力波动等要求,研究叠放和非叠放两种分数槽集中绕组的无铁心永磁直线同步电机推力特性,在建立空载气隙磁场分析模型的基础上,推导叠放和非叠放两种绕组形式的电机空载感应电动势、电磁推力和推力密度的解析式,分析永磁体和初级绕组的结构尺寸对电磁推力的影响规律。通过实例分析,比较推力的解析法计算结果、有限元法仿真结果和实验测试值,证明解析法的合理性。同时,分析比较不同极槽比组合的叠放和非叠放分数槽集中绕组的电机电磁推力和推力密度的大小。结果表明:少极多槽极槽比的叠放分数槽集中绕组形式电机产生的电磁推力与推力密度更大。

基于JMAG的无铁心永磁直线电机优化设计

针对高速运行时有铁心直线电机铁耗大、效率低的不足,提出一种动磁式无铁心永磁直线电机模型。采用专业电磁分析软件JMAG对无铁心直线电机电磁场进行了瞬态分析计算。以电磁推力及其波动为优化目标,分别计算了不同电磁参数对电磁推力及其波动的影响。利用瞬态分析进行电机优化设计,提高了电机设计的精度。

无铁心永磁同步直线电机推力谐波分析与消除

直线电机的推力波动较大,限制其在超精密领域的应用。推力中的谐波是无铁心永磁同步直线电机推力波动的主要原因之一,消除推力中的部分谐波可以有效降低推力波动。该文建立了无铁心永磁体同步直线电机推力谐波的解析模型,揭示了结构参数与推力波动间的关系,并提出了低推力波动直线电机的设计准则。将设计准则应用于一类直线电机的优化设计中,提出了消除推力中特定阶次谐波的结构参数设计方法。设计结果与有限元仿真结果和实验结果进行比对,验证了解析模型的准确性和设计方法的有效性。

无铁心永磁直线同步电机电流鲁棒控制

针对无铁心永磁直线同步电机(ILPMSM)存在d-q轴耦合效应、易受参数不确定性的影响,为实现系统的高性能控制,提出了一个带有延迟补偿的鲁棒控制器。该控制器由一个一阶参考模型的逆模型和一个积分项组成,不需要结合其他控制算法且不要求系统参数精确。采用系统传输延迟的逆模型来补偿系统时延的影响。与常规PI控制器相比,鲁棒控制器能很好地抑制ILPMSM系统的不确定性干扰,并对系统的传输延迟进行可靠补偿。仿真结果表明该方案有效地减少系统响应的超调,使系统具有良好的动态性能。

中速磁浮无铁心永磁直线同步电机的结构优化

中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组沿轨道长距离铺设,使电机效率进一步降低。为了提高电机性能,在IPMLSM基本结构的基础上,提出一种新型永磁体装配结构,可提升电机推力密度;并根据长定子IPMLSM绕组的特点,优化绕组导体截面,获得适用于中速磁浮列车IPMLSM定子绕组导体的宽与高之比,进一步提升电机的推力密度。最后,制作IPMLSM小型样机实验装置,对比实验结果验证了所提改进结构的优越性。

U形无铁心永磁直线发电机简化建模方法研究

U形无铁心结构的直线发电机具有惯性小、起动推力小等优点,应用于波浪能发电领域,可以在较小的波浪下起动发电。从发电机角度对该结构的电机磁场进行了建模分析,并建立解析模型和有限元模型。利用诺伊曼边界条件将该模型简化为最小周期,同时针对直线发电机往复运动的特殊模式,提出了一种时步求解过程中的坐标系映射变换方法,将一个恒速周期内的电压或电流波形变换为变速运行状态下的波形。通过对比该模型在解析、有限元方法和实验结果,得出该简化模型有效,且精度可靠的结论。

车用自由活塞膨胀机-直线发电机系统发电机性能研究

针对汽车余热回收系统中的自由活塞膨胀机-直线发电机系统对直线电机的应用需求,以适用于该系统的一款无铁心永磁同步直线电机为研究对象,通过电磁场理论分析电机模型,搭建ANSYS Maxwell二维瞬态场模块,分析了电机空载、负载工况的磁场特性和极弧系数、气隙长度等参数对电机推力性能的影响,并进行了参数优化以减小电机的推力波动。仿真结果表明:在相同结构参数下,极弧系数和气隙长度相互作用,可以有效降低电机的推力波动。

基于滑模的圆筒直线电机位置控制系统研究

无铁心圆筒直线电机具有重量轻、惯性小、响应速度快等优点,广泛应用于工业加工及制造领域。由于此类控制系统易受参数变化和负载扰动等不确定因素的影响,且传统比例-积分-微分(PID)控制器难以保证此类被控对象快速性和稳态性能的缺点,采用基于指数趋近律的滑模算法,缩短滑模变量的趋近时间,从而提高该直线电机位置控制系统的响应速度。实验结果表明,该方法使无铁心圆筒直线电机位置控制系统同时具有响应速度快和稳态性能高的优势,在幅值为10 mm,频率为0.5 Hz方波参考位置信号下,上升时间不超过29 ms,绝对稳态误差精度控制不超过3μm。

基于重复控制的高频响直线伺服系统

无铁心永磁直线同步电机具有零齿槽效应、速度范围宽、动态性能高等特点,但其在高精密加工过程中存在的周期性输入和周期性负载扰动会降低系统的伺服性能。为了削弱周期性负载扰动的影响,采用重复控制器和伪微分前馈反馈控制(PDFF)速度控制器来抑制周期性负载扰动的影响。仿真结果表明,所采用的控制系统在实现高频响基础上,有效地抑制了周期性负载扰动对伺服系统的影响并且对周期性输入信号具有良好的跟踪特性。