Electromotive Force Calculation of Fifteen-phase Induction Motors With Non-sinusoidal Supply

非正弦供电十五相感应电机基波磁动势正幅值与3次谐波磁动势负幅值不在同一位置时的叠加磁动势波形称为常规磁动势波形,此种情况下感应电动势的计算是该种电机电磁性能分析与优化设计的前提。与正弦磁动势或理想叠加磁动势不同,常规磁动势下电机的感应电动势与激磁电流相位因磁路饱和不再相差/2,为此提出把感应电动势作为激磁电流流控电压源的处理方法。鉴于电机每半个极下气隙磁密波形不再相同的情况,提出基于电机1个极距区域的拓展分布磁路法计算气隙磁密,进而求出基波感应电动势与3次谐波感应电动势。非正弦供电十五相感应电机样机的感应电动势计算值与实测值相互吻合,说明了拓展分布磁路法计算感应电动势有效且具有较高的准确度。

谐波电流注入下永磁直线同步电机振动分析

电机法向电磁力波动及铁心材料的磁致伸缩效应是产生电机振动的主要原因。采用谐波电流注入法可以有效抑制电机振动。法向电磁力波动及磁致伸缩效应与电机结构和磁场分布密切相关,存在结构和磁方面耦合关系,对采用谐波电流注入法抑制效果产生影响,相关机理尚不清晰。分析永磁直线电机电机法向电磁力波的主要频率,通过谐波电流注入法削弱电机的4倍频法向电磁力,进而抑制电机的4倍电频率振动。分析磁致伸缩效应对铁心振动的影响,探究磁致伸缩效应对电机振动的改变是否影响了谐波电流的选取。

基于MSE/PVDF复合结构转速传感器的研究

磁敏弹性体(MSE)是一种具有优良磁响应特性的磁敏材料,在磁场作用下将产生垂直其表面的磁致法向力,结合聚偏氟乙烯(PVDF)的正压电效应,针对转速检测提出一种结合两者特性的转速传感器,在敏感单元中设计由MSE与PVDF压电单元组成复合结构,通过复合结构感知磁场激励以实现转速检测,并从微观与宏观层面分析了检测机理,采用自建测试系统确立了磁致法向力与磁场间的关系,PVDF的动态形变响应及传感器的输出特性。结果表明:以复合结构为核心的敏感单元对测试转速的磁场激励表现出稳定的电压峰值响应,并能够实现对中高转速的准确检测。

永磁直线同步电机推力波动约束

由齿槽力、边端力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)动态性能的主要因素。为了实现高速精密直接驱动系统,通过对PMLSM进行有限元分析建模,分析了齿槽力变化规律,利用傅里叶级数拟合得到齿槽力变化曲线;设计了齿槽力电流预测控制模型,对齿槽力引起的推力波动进行补偿;同时设计了扰动观测器对其他因素引起的推力波动进行补偿,进一步削弱了推力波动。最后,通过实验验证PMLSM推力波动补偿控制系统的有效性,补偿后电流和速度的波动都得到了很大改善,能够实现较高精度的直接驱动系统。

凹型端齿削弱永磁直线电机端部力波动方法

结合端面磁通函数和虚位移法推导PMLM端部效应产生的单端推力波动和法向力波动的解析表达式,揭示端部效应引起的推力波动和法向力波动的规律。通过对傅里叶级数的分析,提出反相位补偿原理的凹型端齿结构,该结构能消除推力波动和法向力波动的奇次谐波,解决传统的优化动子长度削弱推力波动但带来电机纵向"俯仰运动趋势"的缺点,同时还能消除动子横向"俯仰运动趋势"。最后以齿槽效应较弱的12槽11极PMLM为例,采用有限元仿真和实验验证,结果证明该方法能够削弱端部效应产生的法向力波动和推力波动。

磁极错位削弱永磁直线伺服电动机齿槽法向力波动方法

单边平板式永磁直线伺服电动机(PMLSM)在运行过程中动、定子之间存在较大的法向力波动,法向力波动引起的摩擦力摄动和机床振动极大地影响了机床的加工精度,齿槽效应是引起永磁直线伺服电动机法向力波动的一个重要原因。为此,采用麦克斯韦张量法推导了动子边齿无限长无端部效应的PMLSM法向电磁力的解析表达式,揭示齿槽效应引起的法向力波动的规律。通过对傅里叶分解系数的分析,得出齿槽效应产生的法向力波动的主要谐波次数,提出永磁磁极三段错位法以削弱其引起的主要谐波法向力波动,消除传统的斜极、移相优化方法产生的电动机横向俯仰运动。最后以齿槽法向力波动较为明显的12槽8极PMLSM为例,采用有限元仿真和实验验证,结果证明该方法不仅能够削弱齿槽效应产生的法向力波动,还能在推力基本保持不变的情况下,有效地削弱推力波动。

精密磁悬浮工作平台的力特性分析

构建了一种新型磁悬浮工作平台结构,该平台结构利用永磁直线电机提供水平洛仑兹力,利用电磁铁提供垂直电磁吸力,悬浮和驱动部分相互独立,避免了两者间的耦合问题,具有出力大、运动范围广、定位精密的特点。为了研究磁场饱和、纵向边端效应和倾斜角度等因素对磁场的影响,基于有限元数值方法建立了该平台的数学模型,并在模型的基础上对该平台的力特性进行了详细分析,获得了推力和悬浮力与气隙高度、电流和倾斜角度间的变化对应关系。分析结果表明该平台的电磁力具有较好的线性度,降低了控制的复杂度。

机床进给系统用永磁直线电机法向吸力的研究

采用有限元仿真的方法,建立了永磁直线电机的模型,对初级与次级、次级与机床间的两种法向吸力进行了详细分析。发现了法向吸力在直线电机的实际应用中导致的推力波动问题、装配问题和机床隔磁问题。通过仿真拟合,得到了初级与次级法向吸力的公式,运用补偿措施来减小法向吸力影响。从工艺和设计入手,分析了装配问题的相应解决措施。从电磁分析入手,通过对直线电机底板材料和厚度的讨论分析,提出了一种解决机床隔磁问题的方法。

基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法

利用磁悬浮轴承高速电主轴作为检测器件解决高速磨削法向磨削力实时在线测量困难的问题。通过对磁悬浮轴承高速电主轴转子的动力学分析,得到法向磨削力与电主轴转子位移的两阶导数和转子受到的电磁力的关系。转子的位移数据可由磁悬浮轴承电主轴中的位移传感器的输出得到。为了精确求取电磁力,气隙磁通密度采用图解法求出,消除线性化引入的系统误差;气隙宽度由遍历搜索法标定,消除系统加工装配误差对电磁力测量带来的影响;引入修正系数对由漏磁、磁滞和边缘效应带来的测量误差进行补偿,修正系数由三层神经网络动态实时求出。通过静态和动态试验对电磁力和动态磨削力的检测结果进行验证,试验结果证明基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法的有效性和准确性。

磁场条件下钢轨材料的摩擦磨损性能试验研究

基于HSR-2M高速往复摩擦磨损试验机,试验研究在永磁体磁场条件下,法向载荷、往复速度等参数对钢轨材料摩擦性能的影响,通过磨痕形貌分析其磨损机制,并与无磁场条件下的结果进行对比。试验结果表明:磁场的引入可以在一定程度上减小钢轨材料的摩擦因数、磨损率;增大滑动速度对摩擦因数和磨损率均有减小作用,增大载荷能够降低摩擦因数,但磨损率增加;磁场能够提高钢轨材料在摩擦过程中的磨损性能。无磁场时,钢轨材料磨损形式为典型的磨粒磨损,摩擦系统的磨损率和摩擦因数较大;有磁场时,磨损形式主要为黏着磨损,摩擦因数和磨损率较小。

高精数控机床永磁直线进给工作台的力学性能分析

高精数控机床永磁直线进给系统的力学特性严重影响机床性能,为研究直线进给系统的力学性能,将永磁直线同步电动机动子与工作台作为一体化结构,利用有限元法对在直线电动机法向电磁力作用下的进给工作台分别进行静力学和动力学分析,并对样机进行了振动测量。结果表明:永磁直线同步电机动子与工作台作为一体结构的变形比电机动子单一结构的变形大,固有频率也有所降低,更易产生共振。精密机床的直线进给系统作为机电一体化结构,应将电机和机械结构作为整体进行分析研究才有实际意义。

永磁直线同步电动机法向力对机床结构变形的影响

在建立永磁直线同步电动机驱动结构机械模型的基础上,采用有限元仿真分析运动部件在不同位置时法向力变化对龙门结构横梁变形的影响,得出横梁在y轴方向的变形曲线。实验测得横梁背面变形,并与仿真结果对比分析,得出电动机定子磁场对应的法向力。实验结果验证了仿真结果的正确性。

永磁直线伺服电机端部法向力波动分相补偿控制

单边平板型永磁直线伺服电机在运行过程中动、定子之间存在较大的法向力波动,法向力波动引起的振动和摩擦摄动严重影响到高精密机床的定位精度。端部效应是引起法向力波动的主要原因。根据永磁直线伺服电机端部效应引起法向力波动的特殊分布规律,结合有限元计算结果得出端部法向力波动的补偿模型。依据此模型,针对特殊相带分布的11极12槽永磁直线电机,采用基于推力不变法向力波动最小的A/C相绕组分相补偿控制。仿真和实验结果表明,分相补偿控制能够补偿端部效应引起的法向力波动,进而有效提高了控制系统的性能。

直流稳恒磁场条件下45钢小位移摩擦磨损试验研究

基于HSR-2M高速式往复摩擦磨损试验机,试验了直流稳恒磁场条件,往复速度、法向载荷、往复行程、磁场强度等对45钢的摩擦系数和磨损量的影响,通过磨痕形貌分析了其磨损机制.试验结果表明:磨损主要为黏着磨损、剥落并伴有氧化磨损;载荷的增大使得摩擦热增多,摩擦副表面的塑性增强,磨损量加大;同时摩擦副表面接触区域的真实接触面积变大,造成摩擦系数减小;试验的研究结果对在施加直流稳恒磁场情况下45钢摩擦磨损性能的正确评估有重要的意义.

一种新型电永磁制动器结构设计及有限元分析

电磁作动器是一种得到广泛应用的运动和动力开闭控制执行装置.为提高其推力密度,尝试将永磁体引入电磁制动器的作动器中并设计一种新型电永磁作动器,在此基础上,提出一种新型电永磁常闭制动器.采用有限元法分析了电永磁作动器动作的可靠性及影响电磁吸力的因素;结果表明设计的常闭式电永磁制动器具有电磁吸力大、小电流可维持的优点.

高精度永磁直线伺服电动机法向电磁力波分析与计算

永磁直线伺服电动机在运行过程中动、定子之间存在较大的法向电磁力波动,法向力波动引起的振动和摩擦摄动严重影响到高精密机床的定位精度。法向力波动主要由电机气隙磁场作用于动子铁心的法向电磁力波所激发,齿槽效应是影响它的重要因素。为此,采用磁动势磁导法推导出单边平板型永磁直线电机法向电磁力波的解析表达式;分析各阶力波次数和力波幅值对法向力波动的影响。通过对傅里叶分解系数的分析,指出极弧系数和极槽配合是影响法向电磁力波的两个主要因素。利用Ansoft有限元软件对8极12槽单边永磁直线电动机进行仿真分析,仿真结果与解析结果基本一致,验证了法向电磁力波解析分析方法的正确性。

低频往复式微动磨损测试系统驱动频率影响及其实验研究

为了研究满足现代化设备的连续工作条件以及在微型装置的研制中减小微动磨损的要求,提出一种低成本通用式低频往复式微动磨损测试系统。通过调节驱动电压频率控制运动平台的滑动速度来测试不同摩擦副间的摩擦系数,并分析样本间摆动频率与摩擦系数的关系。开展了硅片、抛光铝、钢、玻璃和聚四氟乙烯与金属钢球构成摩擦副的微动摩擦测量实验。结果表明,当摆动频率小于磨损失效频率时,在较小和较大载荷作用下,摩擦系数随摆动频率增加而近似线性下降;而在载荷较大时,低硬度的摩擦副的摩擦系数是随着频率增加而下降,其摆动频率对摩擦系数的影响与文献中的变化规律相一致,验证了该系统的工作可靠性,且研究结果会对微动磨损的下一步研究提供重要的参考价值。

基于极弧系数选择的直线电动机法向力波动削弱方法

齿槽效应是直线电动机产生法向力波动的主要原因之一。为削弱齿槽效应产生的法向力波动,本文提出了基于麦克斯韦张量法和和傅里叶分解的解析分析方法,明确给出了在电枢开路的情况下齿槽效应产生的法向力波动的解析表达式。以此为基础,研究了基于不同极弧系数选择对直线电动机法向力波动的影响,并提出了极弧系数对法向力波动的确定方法。通过该方法,可以轻松地确定法向力不同极槽配合下的的最佳极弧系数,进而削弱法向力波动产生的影响,最后经过有限元验证,证明该方法是正确有效的。

基于V型三段磁极错位削弱永磁直线电机推力波动的方法

6槽7极单边平板型永磁同步直线电机(PMLSM)运行过程中会产生推力波动,导致机床加工精度变差。针对此问题,提出一种将磁极错位与V型磁极相结合的优化方法来改善其性能。首先采用许克变换法对端部磁场进行分析,得到由端部效应引起的总推力波动解析表达式,再对解析式中傅里叶系数进行分析,得出端部效应引起推力波动的主要谐波次数;然后通过对多种永磁体结构进行有限元仿真,由力特性得出采用V型三段错位磁极的方法,当两端磁极与中间磁极所产生的谐波相位互差90°时可有效削弱推力波动;最后根据此方法制作样机。有限元结果及样机实验验证了此方法的可行性,对单边平板型PMLSM优化设计有着重要的指导意义。

永磁场条件下45^#钢与GCr15钢摩擦磨损性能试验研究

基于HSR-2M高速往复摩擦磨损试验机,研究在永磁体磁场条件下滑动速度、载荷等参数对45#钢/GCr15钢摩擦副摩擦学性能的影响,通过磨痕形貌分析其磨损机制,并与无磁场条件下的试验结果进行对比。试验结果表明:磁场的引入可以在一定程度上减小摩擦因数和降低磨损率,证明磁场能够改善45#钢/GCr15钢摩擦副的摩擦学性能;增大滑动速度将降低摩擦因数和磨损率,增大载荷将降低摩擦因数,增加磨损率。无磁场时,摩擦副的摩擦磨损为典型的磨粒磨损,磨损系统的磨损率和摩擦因数较大;有磁场时,磨损形式主要为黏着磨损,摩擦因数和磨损率较小。