模块化永磁直线游标电机等效磁网络及漏磁分析

在模块化永磁直线游标电机的初始设计及优化设计中,使用有限元方法(FEM)计算漏磁系数时需要耗费大量的建模和计算时间。针对这一问题,建立该种电机的等效磁网络模型,在建模期间,考虑气隙中的边缘效应,并计算永磁体组与定子齿在不同相对位置时的等效磁导,得到该种电机在一个周期内不同相对位置时的漏磁磁导和漏磁系数的数学解析表达式。采用FEM验证了该数学解析表达式的准确性。研究结果为模块化永磁直线游标电机的设计提供了理论依据。

模块化永磁直线同步电机考虑制造公差的推力鲁棒性优化

模块化永磁直线同步电机(MPMLSM)具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点,非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先,基于六西格玛设计方法建立了鲁棒优化模型;其次,采用拉丁超立方采样方法在尺寸公差范围内根据正态分布规律进行抽样,模拟大规模生产时电机尺寸受公差影响可能会出现的各种变化;再次,在尺寸优化范围内均匀抽样构成足够的训练样本,由有限元软件仿真这些抽样方案的推力性能,并基于反向传播神经网络建立电机设计代理模型;然后,应用该代理模型对拉丁超立方采样得到的样本进行电机性能的计算,求解样本整体对应的各优化目标的均值与方差,进而计算多目标优化的适应度;最后,采用非支配排序遗传算法Ⅱ进行全局优化,得到鲁棒优化方案,与不考虑公差的确定性优化方案相比,验证了该方法的有效性。鲁棒优化方案虽然略微增加了电机体积和推力波动,但是其失效概率低,受公差影响小,更加符合产品批量生产过程中的质量要求。

模块化细轭部磁通切换永磁直线电机及其控制

文章提出一种适用于无绳电梯应用领域的模块化细轭部磁通切换永磁直线(Modular thin yoke linear flux-switching permanent magnet,MTYLFSPM)电机并搭建其控制系统。该电机为双边结构,驱动电梯轿厢的初级动子包含永磁体和电枢绕组,而沿井道铺设的次级定子仅由导磁铁心构成。MTYLFSPM电机具有结构简单可靠、成本低、推力密度高等优点。文章对该电机的结构特性、工作原理以及极距比对性能的影响进行讨论。基于Simulink搭建MTYLFSPM电机模型、系统仿真模型并模拟电梯上下运行。制造了一台MTYLFSPM试验样机,进行了参数测量和模拟运行试验,试验结果与理论分析和仿真结果吻合,验证了理论分析的正确性和MTYLFSPM系统的可行性。

环形和分布绕组永磁游标直线电机性能对比分析

针对分布绕组永磁游标直线电机端部重叠导致端部过长、质量过重、电机效率过低的问题,提出一种环形绕组永磁游标直线电机。首先,介绍了永磁游标直线电机的工作原理和基本结构;然后,基于有限元分析,将环形绕组永磁游标直线电机的平均推力、推重比、效率、功率因数等性能与分布绕组永磁游标直线电机进行比较;结果表明,相较于分布绕组,环形绕组永磁游标电机的绕组长度缩短了18.7%,端部漏抗降低了41.5%、推重比提高了19%,电机效率提高了4.2%,同时减少了电机铜耗与体积,更具有工程应用价值。

14极12槽定子模块化永磁电机的性能分析

永磁电机的定子模块化结构有利于大型电机的制造、运输、组装和维护,对于可模块化且极数多于槽数的电机,定子模块化结构还能提高电机的部分性能。利用有限元软件分析了定子模块化结构对14极12槽永磁电机性能的影响,结果表明,模块化结构对定子磁密、转矩和损耗等参数有影响,可利用合适的模块间隙宽度来提高电机负载转矩并降低转矩脉动。

一种直线永磁游标电机的设计与定位力优化

直线电机目前取代了旋转电机加丝杠的传动方式,现阶段广泛应用于数控机床加工等直驱应用场合。由于传统的直线永磁同步电机很难进一步提高推力密度,基于磁场调制原理工作的直线游标永磁电机被提出以进一步提高推力密度。本文提出了一种新型直线永磁游标电机,分析了该电机的工作机制,验证了该直线永磁游标电机在具有简单拓扑结构的同时,推力密度有着显著的提高,并对直线电机的端部定位力进行解析及优化,进一步减小了电机定位力。

初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较

初级永磁型游标直线(LPPMV)电机具有低速、大推力输出特性,特别适用于直线直驱系统。设计合理的绕组连接方式可有效改善电机性能。首先根据电机的运行原理,针对一台6/2极LPPMV电机提出了4种不同的绕组连接方式;其次通过有限元法,比较了LPPMV电机在不同绕组连接方式下的特性,包括空载感应电动势、电感,并在相同铜耗条件下计算了绕组的总质量、电枢电流、推力、铁心磁通密度以及铁耗等,以此得到了不同绕组连接方式下电机的运行效率;最后折中选择了一种绕组连接方式,制造了样机,并通过实验验证了电机的性能。

永磁直线同步电机的磁阻力分析及其最小化研究

该文在简要分析永磁直线同步电机的磁阻力(DetentForce)产生原理的基础上,采用半无限单端结构建立了由于边端效应产生的磁阻力分析模型,运用傅立叶级数与数值分析相结合的方法对磁阻力进行了分析。在此基础上,提出了优化初级长度从而降低磁阻力的原理与方法,并采用有限元分析进行了对比验证。

永磁开关磁链直线电机若干优化设计方法

永磁开关磁链直线电机除具有常规永磁直线电机的优点外,还具有显著的成本优势,因此具有很好的应用前景。本文在简要说明该类电机的基本结构与原理之后,指出通过合理调整初级与次级铁心的外形尺寸来减小反电动势谐波含量与电机推力波动,采用磁桥结构提高弱磁控制能力和初级铁心机械强度,借鉴旋转电机齿槽力矩的抑制方法来削弱推力波动的齿槽效应成分,并提出辅助齿结构来有效削弱推力波动的端部效应成分,最后还给出了一种模块化结构形式来提高电机的容错性以及边端线圈与内部线圈的对称性。

初级永磁型游标直线电机设计与静态特性分析

提出一种新型初级永磁型游标直线(LPPMV)电机,该电机的绕组和永磁体均安装于电机初级,而电机次级仅为设有凸极的导磁铁心,结构简单、牢固。基于磁齿轮效应,次级凸极对位于电机初级齿表面的永磁体产生的磁场进行调制,产生波长长、运行速度快的谐波磁场,由该谐波磁场作为有效励磁的LPPMV电机具有低速、大电磁推力密度的特点。在深入分析运行原理的基础上,利用等效磁路法推导了该电机的功率尺寸方程,给出了电机的初步设计方法。利用有限元方法,研究了其静态特性,具体包括空载磁链、空载感应电动势、电感、定位力和电磁推力等。仿真和样机实验结果表明,该电机具有推力密度大、定位力小等特点,特别适用于如海浪发电等低速、大推力直驱系统。

基于对角化法的永磁直线同步电机二阶滑模控制

在永磁直线同步电机(permanent-magnet linear synchr-onous motor,PMLSM)伺服系统中,模型的阶次高,且速度和电流等变量间存在的耦合严重影响速度跟踪的快速性和精度。采用基于奇异摄动理论的对角化方法将永磁直线同步电机伺服系统分解成慢变和快变子系统。为了保证系统的鲁棒性,利用2阶滑模控制的次优算法分别独立设计慢变和快变子系统的控制律,再将2个控制律合成得到永磁直线同步电机的复合控制律。仿真结果表明,所提出的策略具有良好的速度跟踪性能,同时对负载扰动和参数变化具有很强的鲁棒性。

定子无磁轭模块化轴向磁通永磁电机研究进展综述

定子无磁轭模块化(yokeless and segmented armature,YASA)轴向磁通永磁电机具有功率密度和转矩密度高、效率高、轴向结构紧凑、易于维修的优点,在电动汽车、风力发电等领域有广阔的应用前景,已有大量文献对YASA电机进行分析研究。该文基于国内外对YASA电机已开展的研究工作,介绍该类电机的典型拓扑结构,并从电机电磁特性计算方法与性能优化、损耗分析与抑制技术、温升与散热研究、齿槽转矩削弱技术、结构强度校核与制造偏差分析,以及定子铁心材料选取等方面进行综述,并对该类电机当前的应用情况进行整理。最后,基于YASA电机的研究现状,对未来研究的发展趋势进行展望。

基于模块化的无轴承永磁同步电机控制软件设计

为使无轴承永磁同步电机(BPMSM)控制和调试更方便,设计了模块化的控制系统软件程序.在阐述BPMSM转子悬浮原理的基础上,给出其电磁转矩方程和悬浮力方程.在论述BPMSM数字控制系统功能框图的基础上,提出模块化设计的控制系统软件结构,并给出其各模块的具体实现方法.最后给出DSP中的2种临界资源管理机制,以确保整个软件系统的快速、稳定运行.搭建了BPMSM数字控制系统试验平台,对样机转子进行了悬浮试验研究.结果表明:采用模块化软件编程思想及相应的实现方法与管理机制,可以很好地实现BPMSM转矩控制、悬浮力控制与人机交互各部分控制功能,满足BPMSM的控制要求.该软件结构及其相应各实现方法与管理机制为无轴承永磁同步电机的控制奠定了基础.

新型模块化永磁轮毂电机的原理及其电压相位控制

本文针对电动汽车对转矩/功率特性的要求,提出了一种基于U型电磁铁的新型永磁轮毂电机,并对其转矩特性和电压相位控制进行了研究。通过机电能量转换关系建立了电机的数学模型,重点推导了电磁转矩的表达式,采用3D有限元方法进行电磁瞬态仿真,得到了电机的定子永磁磁链和永磁转矩、线圈磁阻转矩以及永磁体磁阻转矩的特性。分析表明,永磁转矩是该种电机的主要转矩,且受控于电机的电压与电流的幅值和相位。根据电流、磁链和转矩的关系,对电压相位控制策略进行了研究,得到了电压相位提前导通角与转速和电流的近似关系。最后通过对一台5相4极结构电机的设计和仿真分析,获得了较高的功率输出和效率,验证了电机原理和控制策略的正确性。

新能源农机用双永磁游标电机的模型预测电流控制

模块化双永磁游标电机兼具高转矩密度和低铁耗,适用于低速大转矩的直驱应用领域。针对新能源农机用模块化双永磁游标电机控制系统存在的转矩脉动大、电流谐波多和转速波动大等问题,提出一种基于改进式模型预测电流控制策略。相比于传统模型预测电流控制,提出的控制策略采用双矢量模型预测电流控制,在每个控制周期内可同时选择2个任意电压矢量组合作用,扩大了电压矢量的选择和幅值调节范围,可进行更准确的电流控制。同时,考虑系统延迟,在预测控制中加入电流延迟补偿环节。仿真结果表明,所提的控制策略可有效减小转矩脉动、电流谐波和转速波动,提升系统的控制性能。

直线永磁游标电机的开绕组单位功率因数直接推力控制

直线永磁游标(linear permanent-magnet vernier,LPMV)电机兼具高效率、低成本、高推力密度等优点,适合于长行程应用领域。但是,该类电机功率因数较低。该文提出一种基于飞跨电容的开绕组LPMV电机单位功率因数直接推力控制策略。建立单位功率因数调制策略,解耦电机所需功率流,降低电源逆变器无功压力使之单位功率因数运行。同时,推导矢量调制型直接推力控制策略,固定开关频率,降低推力脉动。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。

考虑边端效应的双边直线永磁游标电机模型预测电流控制

提出一种考虑双边直线永磁游标(DSLVPM)电机边端效应的两矢量模型预测电流控制。有限控制集模型预测控制在电机驱动领域具有许多优点,但传统实现方式的矢量选择范围较小。两矢量模型预测控制在一个控制周期内同时作用两个任意电压矢量,扩大电压矢量选择范围,可以提高电流控制性能。由于直线电机存在边端效应,绕组互感的差异造成等效d、q轴电感随着电机位置而波动,并且参数失配会造成模型预测控制性能下降。针对这一问题,使用遗忘因子递归最小二乘算法在线辨识电机的等效d、q轴电感,补偿边端效应的影响,从而进一步改善两矢量模型预测电流控制的性能。基于dSPACE快速控制原型系统构建了DSLVPM电机的实验平台,并通过实验验证了该文所提算法的有效性。

模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制

为满足高电压、大功率、高可靠性的风电场直流输电系统电能传输需求,该文提出基于模块化多相永磁风力发电机的新型串并联直流海上风电场拓扑,以及模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制方法。首先,建立基于模块化多相永磁风力发电机的直流风力发电系统数学模型,设计了模块化多相永磁风力发电机无差拍功率预测控制器,来提升dq轴电流跟踪精度和动态响应速度,并补偿无差拍预测控制器中的单拍延迟;然后,针对模块化多相永磁同步发电机串并联拓扑结构特点,提出一种考虑直流风电场潮流的功率-电压协调控制策略,通过实时调节风机的有功功率参考值,来抑制串并联直流风电场的风机过电压;最后,搭建了基于模块化多相永磁风力发电机的3×6×5 MW串并联直流海上风电场的模型,来验证所提无差拍功率预测控制和功率-电压协调控制的有效性。

一种新型九相模块化混合励磁开关磁链直线电机

提出一种新型九相模块化混合励磁开关磁链直线电机(modular-hybrid excited flux switching linear machine,M-HEFSLM),在详细介绍电机的拓扑结构及运行原理基础上,优化了槽/极配合,并深入分析了最佳槽/极配合九相M-HEFSLM的电磁性能,分析结果由3D有限元进行了验证。通过与三相结构的对比,表明该九相M-HEFSLM性能优于三相结构,尤其表现在推力密度与缺相故障时的容错性能上。为了便于电机的安装与拆卸,提出了一种减小空载法向力的方法。可以看出,所提新型九相M-HEFSLM具有推力密度高、容错性能好、磁场可调、结构简单等优点,应用前景良好。