基于等效磁化强度法的一种电磁式角振动台气隙磁场分析方法

针对有限元法求解气隙磁场的磁路几何模型占用内存空间多和计算时间长等问题,提出一种基于等效磁化强度法求解电磁式角振动台气隙磁场分析方法。基于等效磁化强度法建立矢量磁位的微分方程组,得到包含磁路几何参数的磁感应强度解析表达式;与有限元法计算结果对比,验证等效磁化强度法的正确性;采用等效磁化强度法对磁路参数进行优化。分析结果表明:当气隙厚度保持不变时,随着永磁体扇形角的增加,气隙中有效均匀磁感应强度的区域变宽,而随永磁体厚度的增加,气隙磁感应强度将增强;当永磁体扇形角和厚度保持不变时,磁感应强度随气隙厚度的增加而减小。该方法可以快速分析磁路结构参数变化对气隙磁感应强度的影响程度,为优化设计电磁式角振动台磁路结构提供理论参考。

梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明:梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。

基于重心邻域算法的无铁心永磁同步直线电机优化设计研究

引入重心邻域算法(gravity neighborhood center algorithm,GNCA),以解决无铁心永磁同步直线电机(permanent magnet permanent magnet synchronous linearmotor,PMSLM)多目标优化设计问题。针对应用于微秒激光雕刻机中的PMSLM,采用等效磁化强度法,分析气隙磁密、感应电动势谐波畸变率、推力、推力波动的解析表达式,将永磁体、极距、气隙等结构参数作为变量,以平均推力保持不变,谐波畸变率及推力波动率最小作为优化目标。采用重心邻域算法,根据全局最优值与目标函数重心的邻域关系,通过对"重心"的快速精准定位,获得最优的电机结构参数,实现电机的最佳运行性能。GNCA得到的电机优化结果与设计目标具有良好的一致性,有限元仿真分析与样机测试验证了所提方法的正确性和有效性。

大位移角振动台的气隙磁场动静态特性分析

针对电机驱动式角振动台气隙磁场不均匀和输出大位移时波形失真大的问题,提出了一种径向磁通磁路结构的大位移角振动台,对其气隙磁场动静态特性进行优化分析。基于等效磁化强度法,在极坐标系下建立气隙磁感应强度的解析表达式,通过有限元法验证该方法的有效性,进一步分析了永磁体厚度、永磁体扇形角及气隙厚度对静态气隙磁场的影响规律;通过瞬态有限元法仿真分析了0.01、0.1和1 Hz 3个频率点上外磁环固定不动而永磁体和内磁芯转动的气隙磁场动态特性,定量分析了相对运动对气隙磁感应强度的影响规律;将优化后的磁路参数用于大位移角振动台样机中,测试结果表明,气隙平均磁感应强度及其分布规律和理论计算结果相吻合;研究方法对角振动台径向磁通磁路的理论分析与优化设计具有重要意义。

双层反向倾斜线圈永磁同步直线电机的设计与优化

提出一种新型线圈拓扑结构--双层反向倾斜线圈,并进行电机结构参数优化以提升永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)的推力品质。首先,设计双层反向倾斜线圈PMSLM的拓扑结构,采用等效磁化强度法定性分析影响电机推力品质(推力和推力波动率)的主要结构参数。其次,引入机器学习回归建模方法--K-最近邻算法(K-nearest neighbor,KNN),对有限元计算产生的样本数据进行回归拟合,建立电机高精度快速计算模型。最后,采用粒子群算法以平均推力提高、推力波动率降低为优化目标对拟合模型进行迭代寻优,得到最优的电机结构参数。实验证明了所提电机结构设计与优化方法对推力品质提升的有效性。