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.

基于正交试验法的圆筒型永磁直线发电机优化设计

通过改变永磁体尺寸、比例系数以及定子齿宽等参数,分析了这些参数对发电机反电动势的影响情况,并以波形畸变率最小为目标,设计了正交优化试验,得到了上述参数的最优尺寸,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的设计和优化提供了理论依据。

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。

轴向充磁圆筒型永磁直线同步电机气隙磁场解析计算

介绍了一种基于许-克变换法的轴向充磁结构圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM)气隙磁场解析计算方法。首先采用许-克变换法计算出无齿槽时电机的气隙磁场;然后利用许-克变换法求取初级铁心开槽时的气隙相对比磁导函数,分析铁心开槽对气隙磁场的影响;最后通过无齿槽时的气隙磁场与有齿槽时的气隙磁场相对比磁导函数得到有齿槽时电机的气隙磁场分布。同时给出了该种充磁结构TPMLSM气隙磁场解析计算表达式,并以1台36/12极槽配合轴向充磁TPMLSM样机进行试验。试验结果证明空载气隙磁场的有限元分析值与解析值较吻合,空载电动势(EMF)计算值、试验测试值、有限元分析值一致。

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。

轴向充磁圆筒永磁直线同步电机凸极力分析

分析了轴向充磁圆筒永磁直线同步电机的凸极脉动力产生的原因,采用虚功原理进行了计算,得出了该力最大值和平均值与相位提前角之间的关系以及凸极力与位移的关系曲线。提出了通过铁磁极开槽减少轴向磁化TPMLSM凸极力的方法,定性分析了开槽对凸极力的影响,采用有限元方法得出了开槽后磁场分布,比较了铁磁极开不同槽对凸极力大小的影响,最后用有限元证明了该方法减少凸极力的有效性。

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。

径向充磁圆筒型永磁直线电机的有限元分析

圆筒型永磁直线电机作为线性驱动装置,需要从旋转运动到直线运动的机械结构转换,同时磁场沿轴向均匀分布,起动推力易受到电压波动的影响,因此其设计与分析的方法与传统的旋转电机有所不同.以Ansys软件为工具,对径向充磁圆筒型直线电机的磁场分布和电磁推力进行了计算,并将其计算结果与轴向充磁圆筒型永磁直线电机的计算结果进行了分析比较.结果表明,径向充磁圆筒型直线电机的控制平稳性能更高.

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。

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。

基于有限元分析的3种圆筒型永磁同步直线电机的运行仿真

介绍了3种不同结构形式的永磁同步直线电机,基于3个不同的有限元模型,对电机的气隙磁密、齿槽力和力密度进行了分析。在分析过程中为减小电机推力的波动,进行了电机参数的优化设计。最后通过2台样机的测试,进一步验证了分析方法的正确性。

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。

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.

用于海浪发电的圆筒型永磁直线发电机性能分析

波浪能是一种清洁的新能源,近几年提出的多种开发波浪能的方案,大多都在波浪能和发电机之间加入转化装置,这样效率低、成本较高。提出了圆筒型永磁直线发电机可以将波浪能直接转化为电能,详细阐述了该发电机的结构和工作原理。该发电机内的电磁场具有轴对称性,故将其三维电磁场简化为二维场。运用电磁场有限元分析软件对发电机进行仿真,并研究其特性,如磁场分布、空载反电动势、绕组磁链、电磁力和绕组电感等,仿真结果可以指导圆筒型永磁直线发电机的理论研究。

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。

圆筒型永磁同步直线电机偏心驱动模式下的纳米定位控制

分析圆筒型永磁同步直线电机(TPMSLM)定位波动产生原因,提出由TPMSLM定子和动子偏心安装产生电磁阻尼,与导轨密封垫阻尼结合来吸收和抑制电磁扰动引起的推力波动,以达到精确定位的目的。采用偏心结构在电机内构建一个作用类似于旋转电机滚珠丝杆传动机构的"中间环节",分析表明TPMSLM定子和动子偏心量与电磁扰动抑制能力成正比关系,当TPMSLM定子和动子偏心后的低端缝隙δ≤0.2mm时,其电磁扰动抑制能力提高了近10倍。此外实验也显示了导轨密封垫阻尼能吸收50%左右的电磁扰动量,实验证实了本文分析的正确性。

圆筒型永磁直线同步电机矢量控制系统仿真

针对圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM),提出了一种基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的矢量控制系统,采用速度、电流双闭环的控制方案,实现对TPMLSM的控制,并进行了仿真研究。Magnet建立TPMLSM有限元模型,Simulink构建基于SVPWM的双闭环矢量控制系统,利用Magnet与Simulink联合仿真接口,建立Magnet与Simulink联合仿真模型。仿真结果表明所采用的控制方法正确可行,控制系统具有良好的控制性能。

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。