动磁式直线电机定位误差检测与校正

提出一种针对动磁式直线电机定位方案的误差检测及校正的方法。首先,通过相位检测算法检测传感器阵列的相位偏差是否符合要求;然后,通过幅值相位纠正算法实现对磁场数据归一化,并对小幅度相位偏差引起的位置误差进行校正;最后,对数据采集和处理过程中的延时误差进行补偿。对动子运动方向的磁栅尺寸误差补偿后,定位精度达到了±92μm。

针刺巨量转移平台用高推力聚磁式直线电机

针对针刺式巨量转移平台用无铁芯直线电机推力小,边缘效应明显导致转移速度慢的问题,提出一种高推力聚磁式直线电机,利用外层V字形结构抑制漏磁效应,通过双层Halbach结构提高气隙磁密,并采用有限元法对3种方案气隙磁密和漏磁磁通进行比较分析。V形双层Halbach方案的气隙磁密和漏磁磁通分别为0.6 T和0.05 T,与单层梯形方案相比气隙磁密提高了17.6%,与双层Halbach方案相比漏磁磁通降低了71.4%。利用等效磁化电流法对电机磁场进行区域分割,采用分割补偿法建立矩形边界条件,建立了直线电机磁路数学模型,得到了影响电机推力线性度的关键结构参数,并基于有限元法对形状及结构参数进行优化。结果表明,优化后气隙的最大磁密和最小磁密分别0.67 T和0.47 T,x向和y向磁密变化率分别为25%和29.8%,推力仿真计算结果为278 N,推力波动率为2.1%,空载加速度为10 m/s^(2),理论芯片转移速度可达50颗/秒。根据优化结果研制了一台直线电机用于巨量转移平台,测试结果与优化结果一致,本研究对提高巨量转移平台转移效率具有重要意义。

无源多动子永磁同步直线电机定位方法研究

为实现永磁同步直线电机系统中对多个无源动子的绝对定位,设计了基于双磁道的短磁栅、长传感器定位方案。双磁道包括增量式磁道和绝对式磁道,每个磁道中的短磁栅为永磁体阵列,长传感器内霍尔阵列由线性霍尔芯片组成,且长传感器包含多个线性霍尔阵列。其中,增量式磁道采用区间查表方式计算位移增量,绝对式磁道采用连续位移编码方式识别绝对偏移量。定子传感器数字信号输出的霍尔芯片阵列与主控MCU之间通过总线方式连接,且信号处理和传输均在MCU中进行,简化了硬件电路。结果表明,无源多动子绝对位置传感器具有不同应用场景便于移植的特点,使无源动子的定位更灵活。

直线电机高速高精运动分段式三元复合控制

针对半导体键合机XY运动平台的直线电机在高速启停运动时残余振动较大的问题,提出了一种分段式三元复合控制方法以提高直线电机的定位精度。首先,基于正弦扫频的方法建立了直线电机被控对象的高阶精确模型;其次,在直线电机的高速运动阶段采用三阶前馈控制与PID反馈控制结合的复合控制方法,实现了高动态响应;分析了高速运动状态下扰动观测器对动态性能的影响,在定位阶段引入高阶扰动观测器以抑制残余振动。实验结果表明,与传统的“前馈+反馈”复合控制方法相比,分段式三元复合控制方法在不影响直线电机动态跟踪性能的情况下,使其定位误差调整至±0.5μm所需的时间降低了89%以上,显著提高了其定位精度。

基于扩张状态观测器的永磁直线同步电机改进模型预测电流控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)模型预测电流控制(MPCC)中存在的电流脉动过大、在线计算复杂的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进MPCC策略。利用最优电压矢量相角和重新划分后的电压矢量扇区,改进第一电压矢量的选取方式,减小第二电压矢量选择范围,以实现电压矢量的快速选取,进而降低电流脉动。同时,为了提高PMLSM抗负载扰动能力,通过ESO对扰动进行观测,将观测到的扰动转换为电流进行补偿,提高系统的鲁棒性,且补偿电流可起到进一步减小电流脉动的作用。仿真结果表明,所提出的控制方法切实可行,与MPCC相比,基于ESO的改进MPCC系统具有更好的控制性能、更小的电流脉动和较强的鲁棒性能。

动磁式横向磁通直线振荡电机建模分析

针对目前已有动磁式直线振荡电机结构复杂、漏磁较大等问题,提出一种动磁式横向磁通直线振荡电机,其具有动子质量轻,加工难度小,力特性好等优点,适合应用于冰箱压缩机等领域。基于建立的电机等效磁路模型推导出了电磁推力表达式,阐述了该电机电磁推力产生的机理。解析公式显示,电磁力系数与电机结构参数及永磁体材料属性等有关,而与动子位置无关。为验证磁路模型并对于电机进行`进一步分析,建立电机三维有限元模型,分析了气隙磁场特性并研究了永磁体与外定子轴向长度配合对于动子有效行程的影响。实验结果验证了模型的正确性,分析结果为该电机的优化设计提供了依据。

动磁式横向磁通直线振荡电机设计

为了实现具有高可靠性的短行程高频往复运动,提出一种动磁式横向磁通直线振荡电机.该电机由单相电源驱动,铁芯叠装方式与普通旋转电机相同,具有结构简单紧凑,动子质量轻,加工难度小,力特性好等优点,适合用于人工心脏、泵、压缩机等领域.针对该电机运行特点,建立电机等效数学模型,推导电磁推力的计算公式与系统的谐振频率,采用三维有限元模型确定电机内外定子和永磁体的设计依据,提出测试方法,并测得样机的静态电磁推力与谐振频率特性.结果表明,电机在等效机械谐振点运行时获得较高的效率且推力与绕组电流成正比.

基于动磁式永磁同步直线电机定位力的研究

针对永磁同步直线电机定位力大的缺点,文章分析了动磁式永磁同步电动机的定位力产生的基本原理;借鉴永磁同步旋转电机的齿槽力的分析方法,分析了动磁式永磁同步直线电机的端边效应定位力,并得出定位力计算方法,分析了齿槽定位力,得出了齿槽定位力的最大值表达式,利用软件建立的永磁同步电机定位力模型,仿真动磁式直线电机的定位力情况,得出动磁式直线电机边端定位力很小的结论。

直线压缩机用无内定子动磁式直线振荡电机的建模与分析

针对直线压缩机要求结构紧凑及力特性好的特点,提出一种新型动磁式直线振荡电机。该电机具有无需内定子、动子质量轻、加工难度小及力特性平稳等优点。在分析电机运行原理的基础上,建立了该电机的等效磁路模型,并推导了气隙磁链、电磁推力及电感的解析表达式。为验证等效磁路模型的正确性,建立了电机准二维有限元模型,并对电机气隙磁场分布及力特性进行了深入分析。实际加工了一台实验样机并进行了静态推力实验,样机测试结果、有限元分析结果和磁路分析结果较好吻合,证明了所建模型的正确性。

考虑端部效应的动磁式磁悬浮平面电机电磁力解析模型

自主设计了一种新型六自由度动磁式磁悬浮平面电机,其动子由四组完全相同的Halbach永磁阵列两两垂直组合而成,组合的永磁阵列的端部磁场存在畸变,端部效应显著。为此,论文采用机械伪周期磁场建模方法,推导了考虑端部效应的动子单组永磁阵列的磁场分布解析模型;采用洛伦兹力法,建立了其电磁力解析模型;基于有限元分析软件,构建了动子单组永磁阵列的磁场有限元仿真模型和在单根励磁线圈作用下的电磁力有限元仿真模型,并进行了仿真和比较研究。研究表明,解析计算与有限元仿真计算结果吻合,验证了建立的磁场分布和电磁力解析模型的有效性,解析模型可用于该类电机的快速计算与分析。

动圈式永磁直线振动电机的静态分析

在阐述动圈式永磁直线电机的结构及其运动特点的基础上,使用有限元方法对电机的空载气隙磁场和电机的静态力位移曲线进行了分析,并用实验进行了证实静态力位移特性,两种结果基本一致,为该种电机的设计研究和动态分析提供了一定的基础。

新型动磁式直线振荡电机设计

针对短行程、高频往复运动应用场合,提出动磁式直线振荡电机新结构。该电机由单相交流电源驱动,含两"C"型外定子,无需内定子,结构简单、加工方便、电磁推力可控性好。采用等效磁路法与有限元法分析并推导该新型直线振荡电机关键参数计算公式及设计依据,提出实验测试方法,测得电机静态推力及空载反电动势。结果表明,该电机电磁推力与绕组电流成正比,与动子位移无关,电磁推力系数与反电动势系数基本相等。

基于动子附加高频绕组的隐极式永磁直线同步电机动子位置测量装置

针对隐极式永磁直线同步电机凸极效应不明显的特点,提出了基于动子附加高频绕组的永磁直线同步电机的动子位置和速度测量新方法。通过对基于动子附加高频绕组的动子位置和速度测量原理的分析,建立了其数学模型,并在此基础上设计了以TMS320F2407处理器为核心的动子位置和速度的检测系统。侧重介绍了高通滤波器、带通滤波器、移相电路、加法电路和鉴相器等的设计。实验表明,该装置既能保证低速时测量的准确性,也能保证高速时测量的快速性,且具有结构简单、价格低廉、快速性好、测量精度高等优点,特别适宜于由三相交流永磁直线同步电机驱动的长行程伺服系统或运输系统。

表贴式永磁直线同步电机控制系统参数自动整定方法

针对表贴式永磁直线同步电机矢量控制系统参数设置需反复测量和调试的问题,提出一种自动整定的方法。测量电流控制器输出波形并计算相应的沃尔什一阶系数,反复迭代反电动势常数和定子电感,直至沃尔什一阶系数收敛到零,自动辨识表贴式永磁直线同步电机的电气参数;随后让电机自由运行辨识出机械参数;最后计算出速度和电流控制器的PI参数。样机测试结果验证了提出方法的有效性。

小型双活塞对置动磁式直线电机的设计及模拟

直线压缩机与传统往复活塞式压缩机相比,具有结构紧凑、体积小、能效低、效率高等特点。在确定动磁式直线压缩机设计工况后,进行了热力学计算,得到了压缩机理论输气量、活塞行程、活塞直径、等效刚度和动子质量等参数,对动磁式直线电机进行了初步设计,并使用Ansoft Maxwell二维瞬态模拟软件分析了动磁式直线电机的动子质量、等效刚度等设计参数对其性能的影响,得到了电机电流、铜损、铁损、位移振幅、耗功、电磁力、比推力、功率因子和电机效率的变化曲线,结果显示,直线电机的动子质量和等效刚度在设计值时电机效率较高。

磁链反向式定子永磁无刷直线电机的分析及其驱动系统设计

针对磁链反向式定子永磁无刷直线电机,首先简要介绍了其基本结构,然后从定子绕组磁链入手详细地讨论了该类型电机的运行原理以及各种变量的波形,并利用机电能量转换的基本原理分析了其电磁力的产生机理。在此基础上,对这种磁链反向式定子永磁的直线电机的动态数学模型进行了分析与探讨。最后给出了这种类型电机的样机并设计了相应的驱动器系统以及相应的实验波形和实验结果。

新型动磁式直线压缩机电机的改进设计

研制了一种新型直线压缩机驱动用动磁式直线振动电动机。建立了电动机磁路物理模型,并对电动机动子动力学模型进行了求解,得到了电磁驱动力的基本要求,分析了电动机参数对动子运动特性和电动机性能的影响。运用电磁场有限元方法对动磁式直线电动机电磁场模型求解,磁通分布揭示了电磁力产生机理,分析并优化了不同于传统直线电机的设计方式。数据分析揭示了动磁式直线电动机力-位移-电流之间的关系,为压缩机和电动机控制系统设计奠定了基础。

冰箱用动磁式直线压缩机的动态特性仿真

设计开发了一种直线压缩机样机，为了研究其动态特性，为其建立了多物理场耦合的动力学模型．利用电磁场的三维有限元参数化分析，精确计算了在不同位置和电流下的电磁力和磁链．在有限元分析的基础上，利用四阶Runge-Kutta法和插值运算求解状态方程，对压缩机的工作过程进行仿真．以空气为压缩工质，在排气压力为5bar的负载状况下，测量样机在不同电压下的电流、功率、功率因数和流量等各项性能指标，得到比功率为7～9kW／（m^3／min），说明样机具有很好的节能性能．实验数据与仿真数据能够较好地吻合，说明动力学模型的建立是正确的，此仿真方法可用于直线压缩机的动态性能预测．

线性压缩机用动磁式直线电动机

研制了一种新型直线压缩机驱动用动磁式直线振动电动机.建立了电动机磁路物理模型,并对磁路数学模型、电动机动子动力学模型和驱动电路模型进行了求解,得到了驱动电压与动子位移关联式,分析了电动机参数对动子运动特性和电动机性能的影响.运用电磁场有限元方法对动磁式直线电动机电磁场模型求解,磁通分布揭示了电磁力产生机理;运用直线电动机样机静态特性实验数据验证了数值分析的有效性.数据分析揭示了动磁式直线电动机力-位移-电流之间的关系,为压缩机和电动机控制系统设计奠定了基础.

无位置传感器表面式永磁同步直线电机初始位置估计新方法

由于表面式永磁同步直线电机没有凸极性,无位置传感器控制时,估计动子初始位置非常困难。该文针对表面式永磁同步直线电机,提出了一种新的初始位置估计方法。在电机静止时,给电机注入幅值和相位可以控制的电压矢量。保持电压矢量一定的幅值不变,使其相位以较低的频率旋转。电压相位和电机直轴重合时,产生的电磁推力超过负载阻力,电机有一微动,由于反电势的作用电流就会降低,通过检测电流矢量的变化来估计动子的初始位置。这种估计方法不受电机参数的影响,也不需要增加任何硬件。仿真和实验表明给电机注入可控的电压矢量可以估计出动子初始位置,实现零速平稳起动。