复合电流驱动的永磁同步平面电机

提出一种新型复合电流驱动的永磁同步平面电机,简单介绍了该平面电机的结构和原理,利用标量磁位和边界条件对永磁阵列所产生的磁场进行解析分析,分别推导出电磁力和反电动势的表达式,建立电机的数学模型。在实验室条件下,设计制造一台样机并进行相关实验研究,通过对比试验和仿真结果,验证了解析设计的合理性。     

Halbach磁场阵列的特性分析

提出了一种基于永磁同步平面电动机的Halbach磁场阵列.首先通过磁标势方程和边界条件对Halbach磁场阵列分布进行分析;其次用解析的方法分析磁场阵列的特性;最后用Halbach磁场阵列与Asakawa和Chitayat两种典型的磁场阵列进行特性比较,通过比较证明Halbach磁场阵列各项特性均有优越性.     

一种无铁Halbach型永磁直线电机

提出一种用于驱动高精度平面电机的无铁永磁直线电机结构,并制作了同尺寸的Halbach阵列型和径向阵列型样机进行对比研究。分析了Halbach永磁阵列和径向永磁阵列的磁场,提出了直线电机的解耦电磁力方程,对两种样机的静态推力、空载反电动势、闭环定位特性进行了对比实验研究。与径向阵列型样机相比,Halbach阵列型样机的推力常数提高1.37倍,反电动势幅值提高1.5倍且波形正弦性较好,达到相同动态性能指标时,控制电流幅值降低1.4倍。理论分析和实验结果表明,Halbach永磁阵列可增大无铁直线电机的气隙磁通密度,改善磁场分布的正弦性能。     

基于伪周期的Halbach永磁阵列三维磁场端部效应建模研究

对于无铁芯动铁式长行程平面电机,其动子Halbach永磁阵列端部磁场的畸变将产生端部效应,由其引起的推力波动将影响平面电机定位与运动精度。建立准确的包含端部磁场的Halbach永磁阵列三维磁场数学解析模型,是电机推力建模、避免推力波动、提高端部磁场利用率及降低单个线圈能耗的基础。以无铁芯动铁式永磁同步平面电机动子Halbach永磁阵列为研究对象,分析了Halbach永磁阵列中磁场类正弦区与端部畸变区的磁场特性,通过将Halbach永磁阵列外边缘磁场衰减至零的特征边界间距定义为机械伪周期,并采用新的傅立叶级数及空间积分技术,推导出了完整的Halbach永磁阵列全空间磁场三维数学解析表达式。通过与有限元计算及现有磁场解析计算方法的对比,结果验证了提出的磁场建模方法的准确有效性。     

高性能永磁同步平面电机及其关键技术发展综述

永磁同步平面电机具有直接驱动、出力密度高、低热耗、高精度等特点,在现代精密、超精密加工装备,特别是在极紫外光刻机中具有广阔的应用前景。根据永磁阵列和线圈阵列的结构形式将永磁同步平面电机划分为组合式、半组合式、绕组层叠式和对称式永磁同步平面电机4类,并介绍了各种类型平面电机的特点,总结了永磁同步平面电机关键技术的发展现状,针对目前永磁同步平面电机存在的不足,讨论了未来永磁同步平面电机发展的趋势与方向。     

新型双层Halbach永磁阵列的解析分析

提出了一种新型双层Halbach永磁阵列,该阵列结构简单、易于优化,可以得到很高的气隙磁通密度正弦度。设计了一台高速无槽永磁同步电机,运用标量磁位法对双层Halbach永磁阵列在电机气隙中产生的磁场进行了解析分析,得到了气隙磁通密度的数学表达式,并进一步得到了电机空载反电动势。分析表明,优化后的气隙磁通密度的谐波畸变率仅为0.5%,反电动势中的谐波含量也非常小。制造了一台样机并进行了实验研究,通过解析、仿真与实验结果的对比,验证了解析方法的正确性。     

Halbach型永磁阵列的应用综述

阐述了Halbach永磁阵列的特点和制造方法,紧密结合Halbach永磁阵列的主要优点,详细讨论了其在高速电机、高精度伺服电机、直线电动机、多自由度电机、磁悬浮列车、磁轴承、医学等领域内的应用现状.     

利用子域法的永磁涡流联轴器解析建模分析

永磁涡流联轴器能够在无机械接触和磨损的情况下实现转矩的传输,因此广泛适用于许多工业应用场合。该文推导了运动导体涡流问题分别在固定坐标系和运动坐标系下的尤拉表述和拉格朗日表述,证明了两种表述的统一性;基于子域分析方法,提出了一种包含永磁体阵列、气隙、导体和导体背铁四个区域在内的永磁涡流联轴器场域解析模型,对该多层场域边值问题进行了求解,并推导出一种非常简洁的傅里叶级数形式的转矩表达式;为了确保在达到转矩设计要求前提下尽可能节约永磁体材料使用量,基于所建立的永磁涡流联轴器解析模型,提出一种永磁阵列优化方法。通过算例分析,并比较三维有限元分析和实验结果,验证了文中所提出的解析模型及永磁阵列优化方案的有效性。     

新型结构高速无槽永磁同步电机研究

针对高速无槽电机电感普遍较小的问题,提出了一种新型结构的高速无槽永磁同步电机。该电机的定子采用一种集成电感的新型无槽结构,由一种新型无槽定子铁心和背绕式绕组两部分组成,能够显著增加每相绕组的漏感;转子采用双层Halbach永磁阵列,可以得到很高的气隙磁密正弦度。首先重点介绍了集成电感的无槽电机定子的结构,分析了漏感增加的机理。通过解析法得到了附加漏感的计算方法,并分析了附加漏感与定子结构尺寸的关系。其次介绍了双层Halbach永磁阵列的结构和特点。通过仿真分析,将新型电机与普通无槽电机的特性进行了对比,验证了增加漏感的优势。最后,制造了一台新型高速无槽永磁同步电机的样机,通过实验证明了新型电机的有效性。     

双层Halbach永磁阵列磁体优化设计研究

提出了一种改进的双层Halbach永磁阵列结构,利用有限元数值分析方法分别仿真了普通单层和双层Halbach阵列的气隙磁场,比较了不同结构阵列0.25mm气隙处的水平磁场分布特性,对有限元仿真数据进行了谐波分析,最后确定了最优结构尺寸的双层永磁阵列。结果表明,相比单层Halbach永磁阵列,优化的双层Halbach阵列结构可以较大改善气隙磁场的正弦特性,而且一定程度上提高了磁场强度。     

Halbach阵列对传统永磁电机的影响

在消化和吸收国内外研究成果的基础上，系统阐述了Halbach列的组成及其特点，探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷，以Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机为例，归纳了Halbach电机的特点，分析了Halbach列对传统永磁电机的影响。     

Halbach列永磁电机的研究

在国外研究成果的基础上,系统阐述了Halbach列的组成及其特点,探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷。在介绍Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机的基础上,归纳了Halbach电机的特点,给出了一种新型的Halbach列永磁电机,并分析了其仿真和试验结果。     

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析

Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点,将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上,给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型,通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明;使用该模型分析每极两块(1P2p)、每极三块(1P3p)Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响,对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明,合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩,当永磁体厚度增加时,Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。     

双层Halbach永磁电机解析建模与优化

提出双层Halbach永磁电机的二维解析模型,模型中转子永磁包括内外两层,每层每极均由两块永磁构成,且每层中间磁块均为径向磁化。通过分区域求解标量磁位的微分方程,解析得到双层Halbach无槽电机的气隙磁场。利用卡特系数考虑齿槽作用,解析获得双层Halbach有槽电机的气隙磁场。接着,为优化气隙磁场波形,分别解析获得外层径向磁化磁块的最优极弧比和内层径向磁化磁块的最优极弧比,从而获得双层Halbach电机气隙磁场的优化解。计算结果表明,双层Halbach电机不仅气隙磁场和反电势的波形正弦度都优于单层Halbach电机,而且电磁转矩的波动更小,因此具有更好的电磁性能。二维有限元法与二维解析法计算结果一致性较好,验证了二维解析模型的正确性。     

Halbach阵列及其在永磁电机设计中的应用

介绍了永磁体的一种新型径向和切向混合排列方式（ Ｈａｌｂａｃｈ 阵列）,在永磁电机设计中可用以增加气隙磁通和削弱转子轭部磁通,提高电机力能密度和减小电机体积     

Halbach阵列用于盘式无铁心永磁同步电动机的结构仿真研究

介绍了一种新型Halbach永磁体阵列的基本形式、特点及其在盘式无铁心永磁同步电动机中的应用,并利用FEM对该型电动机中的Halbach永磁体阵列的最佳结构及特点进行了仿真分析。说明样机电动势接近正弦,损耗降低,效率提高。     

直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究

磁浮列车采用涡流制动摆脱了机械制动中粘着系数对制动性能的制约.电磁涡流制动需要电能供应,存在电能损耗.永磁涡流制动由于不需供电故效率高.永磁Halbach磁体磁感应强度大于普通永磁磁体,且Halbach磁体具有自屏蔽性能,一侧拥有强磁场,另一侧磁场几乎为零.直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究,采用解析的方法分析其制动过程中的电磁机理,推导出涡流制动力方程.设计了一套实验系统,对制动力方程进行了验证,并对实验结果进行了分析.     

平面电机的海尔贝克型直线电机执行器

平面电机的电磁执行器由4组海尔贝克(Halbach)型永磁同步直线电机构成。介绍平面电机的结构和工作原理,给出执行器样机的结构方案和解耦电磁力方程,推导执行器样机的运动控制方程,并提出执行器的电流控制策略,给出电流控制、静态力测量、开环定位、闭环定位的实验步骤和结果,其中,500 mA电流阶跃响应的调节时间为2.5 ms,稳态误差小于5 mA;海尔贝克型执行器的机电常数实测值为17.4 N/A,为径向阵列型执行器的1.36倍;开环定位的平均误差为50 mm;闭环10 mm阶跃响应的调节时间为350 ms,稳态误差小于20 mm。实验结果表明,海尔贝克型执行器的电磁力模型较准确,电流控制策略可行。     

Magnetically Levitated Planar Actuator With Moving Magnets

This paper concerns the design, optimization, and commutation of a six-degree-of-freedom planar actuator with an active magnetic bearing. The planar motor has a stationary coil array and a translator with a Halbach magnet array. During movements in the $xy$ plane, the set of energized coils changes with the position of the translator. In this paper, a method for the electromagnetic design of this type of actuator is discussed, and several topologies are compared. The best performing topology in terms of power dissipation and force and torque ripples has been manufactured and successfully tested.