分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算

针对分布式驱动电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—外转子表贴式永磁同步电机6k阶（ ）转矩波动,提出了一种分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算方法。基于永磁同步电机磁场畸变,对永磁磁极在均匀气隙中的径向分量进行了傅里叶级数分解,通过磁链、电压的计算,最终得到电磁转矩的解析解,为永磁同步电机的阶次振动与振源识别提供了理论基础。当不考虑电流谐波的影响时,对电磁转矩做了阶次分析,论证了由永磁体磁场谐波引起的电磁转矩波动频率是电源频率的6k倍频。最后,通过有限元计算验证了该解析计算结果。     

结构振动的电磁驱动AMD系统控制策略与试验

提出了结构振动的新型电磁驱动AM／）控制系统，基于极点配置控制算法的控制策略，进行了结构模型地震响应控制的小型振动台试验，验证了所提控制策略的有效性。首先，研究了振动台试验对象结构无控建模的相关问题，分析比较了AMD系统摩擦等效处理为线性粘滞阻尼的影响，以系统无控三自由度模型为例，结合正弦扫频试验进行了参数验证。其次，提出了基于极点配置控制算法的电磁驱动AMD系统控制策略，给出了理想的极点配置控制区域。最后，以El Centro地震波输入为例，试验比较了极点配置参数对结构振动控制效果的影响，结果表明恰当的控制策略及其参数是成功实现应用电磁驱动AMD系统控制结构振动的前提和基础。     

新型电磁驱动AMD控制系统的建模与性能试验

提出了一种新型的结构振动控制系统--电磁驱动AMD控制系统的概念,试制开发了小型电磁驱动AMD控制系统,研究了系统的理论建模并进行了性能试验.从经典物理学电磁场理论、电路克希霍夫定律和量纲对比分析三个角度出发,建立了电磁驱动AMD控制系统的力-电关系模型,给出了以系统相对速度和控制电压为输入量、系统主动控制力为输出量的系统力-电关系模型.对系统进行了大量开环控制模式下的性能试验,试验结果表明,电磁驱动AMD控制系统在结构振动控制所关心的频率范围内,力-电关系是近似线性的.通过试验结果与理论模型预测结果的比较,验证了系统的力-电关系模型的准确性.     

大跨桥梁结构电磁驱动AMD系统输入电压的在线控制研究

通过物理学电磁理论分析建立大跨桥梁结构电磁驱动AMD振动控制系统的力电计算模型,根据大跨桥梁结构抗震设计特点,提出了基于遗传-BP神经网络的大跨桥梁结构电磁驱动AMD系统输入电压的在线实时控制方法,由传感器采集到的结构状态信号和外界地震激励信号瞬时做出系统输入电压选择,解决传统振动控制计算量繁重、运行慢导致时滞等问题,从而实现地震激励下桥梁结构在线较为精确的振动控制.     

搭载分数槽永磁电机的电驱动总成振动控制

为探究搭载分数槽永磁电机的某电驱动总成在电磁激励、齿轮激励共同作用下的振动特性，通过整车NVH试验识别出电驱动总成在890 Hz与1 176 Hz处存在共振带。为控制该现象，综合考虑电机电磁力波、减速器齿轮激励以及总成结构耦合特性，建立电驱动总成壳体振动响应模型，采用多源激励与结构弱耦合的方法对总成壳体进行振动响应分析，并结合整车试验数据验证仿真分析的有效性，计算结果表明径向电磁力波对振动响应的贡献量较大。针对系统振动问题，建立转子分段斜极模型以及采用外圆开槽的方法，以期降低齿槽转矩、改善气隙磁场谐波从而控制壳体振动响应。该研究可为电驱动总成振动抑制提供一些参考。     

水下仿生贝壳电磁驱动器动力学分析

仿生驱动是水下航行技术的一个重要发展趋势，目前仿生贝壳相关研究较少，为了研究仿生贝壳电磁驱动器的动力学特性，首先基于电磁感应和双贝类贝壳的外形结构及喷射运动机制提出一种仿生贝壳电磁驱动器，建立驱动器执行机构的动力学模型并推导动力学参数，构建永磁体受到的磁力矩的数学模型。接着通过Ansoft Maxwell 进行电磁仿真验证，依据对数螺线极坐标方程建立仿生贝壳模型并通过永磁体阵列排布优化动力学参数。最后完成动力学响应计算和分析。结果表明，磁力矩模型验证结果准确，优化后仿生贝壳驱动器动力学幅频响应均存在一个共振峰值，且在外部激励为10 Hz附近时均出现相位跳跃现象，当系统阻尼为0.003 N∙s/m时，执行机构振动幅值出现短暂平台效应而后迅速衰减。研究结果可为基于仿生贝壳电磁驱动器的流量控制系统和水下航行系统的动力学分析提供参考。     

电磁式惯性型作动器的闭环控制策略与性能试验

针对电磁驱动AM D控制系统在开环控制模式下性能试验存在的问题,提出利用位置和速度反馈的闭环控制策略进行系统性能测试,从而可以研究系统在低频和大位移控制下的动态工作性能。首先借鉴运动伺服控制方法,把电磁驱动AM D控制系统的力-电关系模型转换成系统运动方程。其次类比于旋转电机并结合量纲分析方法,建立电磁驱动AM D控制系统闭环控制算法参数的理论计算公式,通过试验验证了公式及算法参数的准确性。最后分别进行正弦位移和阶跃位移控制下系统的闭环性能试验,实测结果表明电磁驱动AM D控制系统是一种响应迅速、线性性能良好的结构振动主动控制系统,基于试验结果与理论模型预测结果的比较,再次证实了系统力-电关系计算模型的正确性。     

谐波注入在电动汽车动力总成电磁振动抑制中的应用EI北大核心CSCD

动力驱动总成的电磁振动水平严重影响着电动汽车的NVH性能。由于驱动电机结构的非理想和逆变器的非线性特性,电机的输出转矩存在较大的脉动。在一定的转速下,转矩谐波的频率会和动力总成的扭转模态频率一致,导致动力总成的共振。为了研究转矩脉动引起的电磁振动问题,建立了电机电磁模型和控制电路的联合仿真来对电磁激励进行分析,同时通过振动测试试验,认为动力总成在500~1500 r/min转速范围内的48阶振动是由转矩脉动引起的。为了抑制驱动电机输出的转矩脉动,采用谐波电流注入的方法来抵消电机运行时的谐波转矩,将RBF神经网络和遗传算法结合,对电流谐波进行优化。最后通过振动试验验证分析的准确性,结果表明,采用谐波注入的控制方法能够有效抑制动力总成的电磁振动。     

基于径向励磁和永磁-电磁联合驱动的主动平衡执行器

在线主动平衡系统因可实时抑制旋转设备运行过程中的不平衡振动,在高端机床和航空发动机等高端装备领域具有重要应用价值.平衡执行器作为主动平衡系统的终端执行机构,其性能参数决定了平衡系统的整体指标.对已有电磁滑环式平衡执行器的轴向励磁方法进行了改进研究,提出了一种基于径向励磁和永磁-电磁联合驱动方法的新型执行器结构,通过建立...     

主动转动惯量驱动系统用于悬吊结构摆振控制的方法研究（Ⅰ）：理论建模和试验验证

提出了主动转动惯量驱动控制系统(Active Rotary Inertia Driver,ARID),该系统通过伺服电机驱动转动惯性质量的回转运动,从而产生抑制结构摆振的力矩。首先针对ARID控制系统,基于拉格朗日原理建立了平面内悬吊结构在吊点激励下运动控制的分析模型,基于分析模型进行主动控制LQR算法系统匹配推导,然后利用Simulink对ARID系统控制效果进行了数值模拟计算,并通过与TRID装置对比,对ARID系统的有效性进行了分析。最后设计了ARID振动台试验系统,对结构的控制效果进行了试验验证。试验结果验证了理论建模和主动控制LQR算法与系统匹配的合理性,表明ARID系统对悬吊结构摆振控制具有很好的控制作用,理论建模和试验验证为ARID系统的深入研究和应用奠定了理论基础。     

阵列永磁体产生旋转磁场的机理及实验

 诊疗微机器人外磁主动驱动是一种重要的可行的驱动方式,而如何产生合适的外部磁场是一个比较复杂的问题．相对于目前常用的通过电磁线圈组合产生驱动磁场方式,提出一种新的简单可行的永磁体组合产生旋转磁场方法,即圆周阵列永磁体并将其调整到对应的初始方位角后,同步转动在阵列中心区域产生旋转磁场,作为微机器人的主动驱动场．对于阵列中心区域的磁感应强度分布,作了理论分析和数值计算,并搭建了实验台．实验表明,采用边长为50 mm、高为18 mm的钕铁硼永磁体阵列,阵列数为6,阵列直径为275 mm时,可以在±50 mm×±50 mm×±20 mm阵列中心区域产生一个大小为0.012 T的均匀磁场,该磁场与永磁体同步旋转但是方向相反．这种新的磁场产生方法可以用于微机器人特别是诊疗微机器人的驱动,具有广阔的应用前景．     

Three-Dimensional Analytical Modeling of Axial-Flux Permanent Magnet Drivers

In this paper, the axial-flux permanent magnet driver is modeled and analyzed in a simple and novel way under three-dimensional cylindrical coordinates. The inherent three-dimensional characteristics of the device are comprehensively considered, and the governing equations are solved by simplifying the boundary conditions. The axial magnetization of the sector-shaped permanent magnets is accurately described in an algebraic form by the parameters, which makes the physical meaning more explicit than the purely mathematical expression in general series forms. The parameters of the Bessel function are determined simply and the magnetic field distribution of permanent magnets and the air-gap is solved. Furthermore, the field solutions are completely analytical, which provides convenience and satisfactory accuracy for modeling a series of electromagnetic performance parameters, such as the axial electromagnetic force density, axial electromagnetic force, and electromagnetic torque. The correctness and accuracy of the analytical models are fully verified by three-dimensional finite element simulations and a 15 kW prototype and the results of calculations, simulations, and experiments under three methods are highly consistent. The influence of several design parameters on magnetic field distribution and performance is studied and discussed. The results indicate that the modeling method proposed in this paper can calculate the magnetic field distribution and performance accurately and rapidly, which affords an important reference for the design and optimization of axial-flux permanent magnet drivers.     

电动车用永磁同步电机非线性扭转振动模型

针对电动车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—永磁同步电机的扭转振动问题,首先,利用集中参数法建立了永磁同步电机扭转振动的非线性动力学模型,解析求解了考虑非正弦分布的永磁磁场、定子开槽、时间谐波电流的永磁同步电机电磁转矩,获取了定子铁芯、机壳的刚度和阻尼参数,指出了电磁转矩波动是引起永磁同步电机非线性振动的主要原因。然后,采用状态变量法求得了非线性方程组的解。最后,通过永磁同步电机扭转振动实验验证了本模型的有效性。     

转子辅助槽对高速电主轴齿槽转矩的影响机理研究

针对高速永磁同步电主轴中永磁体与有槽铁心相互作用产生的齿槽转矩过高,从而导致电主轴产生振动与噪声的问题,通过在转子齿上开辅助槽来优化电主轴结构.以一台FL系列永磁同步电主轴三相星接Y型电机为模型,利用Ansoft软件对它进行运动仿真和磁场瞬态分析,得到了能有效削弱电主轴齿槽转矩的转子齿辅助槽设计方案.研究结果表明,在转...     

大间隙磁力传动系统驱动磁场的产生方法研究

针对永磁轴流式血泵大间隙磁力传动系统,提出了单磁极切换和双磁极切换两种产生驱动磁场的方法;基于ANSYS有限元分析软件仿真分析了磁场的耦合机理,计算比较了2种磁场驱动下系统的驱动力矩;通过轴流式血泵负载实验,利用大间隙磁力传动系统能量传递效率及电磁体损耗的数学模型,计算并比较了2种磁场驱动下系统磁力传动部分的能量传递效...     

基于MEMS技术的三明治型电磁式微振动能量采集器

本文中设计了一种结构新颖的三明治型电磁式微振动能量采集器,主要包括上线圈、下线圈和由永磁体与硅基平面镍弹簧构成的拾振系统.上、下线圈的对称性分布有利于充分利用永磁体周围的磁场从而提高整个器件的机械能-电能转换效率.实验样机主要采用MEMS微加工技术制作,其中的硅基平面镍弹簧采用体硅微加工和微电镀技术制作,双层铜线圈采用微电镀和聚酰亚胺绝缘层技术制作.实验样机的体积约为0.32 cm3.振动特性测试表明,在外界加速度小于8 m/s2时,永磁体振幅随着加速度的增加而增加,在加速度大于8 m/s2以后,振幅几乎不再增加,出现饱和现象.电学特性测试表明,在8 m/s2加速度作用下,单线圈和串联线圈产生的感应电压峰峰值分别为82.5 mV和125 mV,因此,三明治结构的新型设计使得输出电压增加了51.5%.另外,在加速度为8 m/s2、频率为280.9 Hz的外界振动激励下,实验样机产生的最大负载电压和最大负载功率分别为125 mV和13.2μW.     

永磁交流伺服精密驱动系统机电耦合振动特性分析

为了研究永磁交流伺服精密驱动系统中存在的多物理过程、多参量复杂耦合关系,提出了对该系统进行机电耦合振动特性分析的观点。从全局机电耦合的角度,对永磁交流伺服精密驱动系统进行了机电耦合分析,将该系统归纳为三质量两轴系统,建立了三质量两轴系统的机电耦合振动数学模型和仿真模型,仿真分析了由于电流调节器参数、阻尼、谐波扰动、间隙以及负载扰动等因素引起的系统机电耦合振动动态过程,并通过实验验证了机电耦合振动仿真模型的正确性。该机电耦合振动特性分析对提高系统的动态性能具有重要的意义。     

高频电磁力作用下金属液内电磁超声波的生成

为解决由机械振动产生的超声波无法在高温环境中成功应用的难题，提出了利用静磁场和交流电流、静磁场和交流磁场的相互作用分别在金属液内直接生成高强度电磁超声波的方法，运用超声波压力传感器对用这两种方法在金属液内生成的电磁超声波的强度进行了测量。研究表明：电磁超声波的强度与所施加的高频电磁力的强度成正比，频率与电磁力的频率相同；实验结果和理论解析结果基本一致；利用高频电磁力的局部作用在金属液全场范围内生成的电磁超声波可以在金属精炼及凝固过程中获得广泛应用。     

多层堆叠式永磁动力减振刀杆设计与仿真分析EI北大核心CSCD

针对大长径比刀杆中传统动力减振器的橡胶疲劳老化、阻尼液易泄露、刚度和阻尼难以精准设计等问题,设计了一种利用磁刚度和电涡流阻尼提供刚度和阻尼的多层堆叠式永磁动力减振器,实现了刚度和阻尼的独立精准设计。独特的堆叠式结构可以在相同体积下提供更大的磁刚度和电涡流阻尼,保证多层堆叠式永磁动力减振器达到最优减振条件。分别建立了多层堆叠式永磁动力减振器中磁刚度和电涡流阻尼的理论计算模型,并利用MATLAB软件和Maxwell电磁仿真软件分别探究了磁刚度和电涡流阻尼与多层堆叠式永磁动力减振器各部分尺寸参数之间的关系。最后利用MATLAB软件分别对安装多层堆叠式永磁动力减振器的刀杆和等尺寸实心刀杆进行仿真分析。结果表明,安装多层堆叠式永磁动力减振器后刀杆的频响函数幅值最大值下降91.1%。