基于FAHP的永磁直线同步电动机推力波动分析与实验研究

分析了永磁同步直线电动机推力波动的产生机理，利用模糊层次分析法（FAHP）研究其原因的重要性次序，指出端部效应、纹波扰动、磁钢分布和齿槽效应是永磁同步直线电动机推力波动产生的最主要因素；同时针对这些主要的影响因素采取综合改善措施，并进行实验验证了措施的正确性，从而获得控制和改善永磁同步直线电动机推力波动的方法和措施。     

极槽数配合对永磁直线同步电动机动子法向振动的影响

永磁直线同步电动机法向磁场力波动是引起精密机床直线进给系统振动的主要原因,为分析不同极、槽数配合对永磁直线电机法向振动的影响,采用有限元法计算了不同极、槽数配合的永磁直线同步电动机法向磁应力低阶谐波次数、直线电机动子的固有频率和振动模态,以及不同极、槽数配合的直线电机法向磁场力的激振频率。分析结果表明:永磁直线同步电动机的极、槽数相差越小则动子的主振型阶次越低,越易引起共振。精密机床进给系统永磁直线同步电机的选择应综合考虑极、槽数配合对推力波动的削弱和对法向振动的影响。     

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。     

永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究

由边端力、齿槽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)运动性能的主要因素。通过优化电机动子长度方法降低边端力，采用分数槽结构方法降低齿槽效应引起的齿槽力，利用有限元方法计算PMLSM法向吸力，并采用傅立叶级数进行非线性回归分析，得到PMLSM推力波动统一公式。实验表明PMLSM进给单元推力波动实验值与理论值基本一致。证明了优化理论及分析方法的正确性。因此，在实际应用中，可利用得到的公式对推力波动进行补偿，提高永磁直线同步电机的运动性能。     

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。     

低速大力矩圆筒永磁直线电机齿槽力优化

首先用有限元分析来说明该文所研究的圆筒永磁直线电机推力波动主要是由齿槽力引起的。为削弱该电机的齿槽力,采用了一种基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出圆筒直线电机与结构参数有关的齿槽力表达式。在此基础上,研究了对定子极距所作的微小改变和极弧系数的优化选择对齿槽力的影响,提出了减少电机齿槽力的优化方案。利用有限元法对其验证,通过抽油机实际测试,证明文中提出的方法是正确有效的。     

永磁直线同步电动机推力波动抑制

针对高精度直接驱动的永磁直线同步电动机控制系统,研究其摩擦力、端部效应以及系统参数变化等不确定性因素对系统控制性能产生的影响,在分析其端部效应引起的推力波动的基础上,提出了一种电流预测控制模型,通过注入谐波电流对因端部效应引起的推力波动进行补偿;同时设计扰动观测器对因摩擦力及参数变化等不确定性因素引起的推力波动进行补偿,进一步消弱推力波动。最后,通过实验平台实现了该控制算法,实验结果表明,该控制方案有效抑制了因端部效应及其他不确定因素引起的永磁直线同步电动机伺服系统的推力和速度波动。     

基于BP神经网络的直线电机推力波动抑制研究

永磁同步直线电机(PMSLM)的齿槽效应和端部效应所产生的定位力是引起推力波动的主要原因,而推力波动是影响其速度平稳性的重要因素之一,抑制由定位力引起的推力波动是伺服控制器设计中必须考虑的问题.此处建立了定位力数学模型,提出了一种基于BP神经网络的推力波动抑制策略.仿真和实验结果均表明该抑制策略的正确性及有效性.     

减小法向力波动永磁同步直线电动机优化设计

高速高精度机床直线进给系统用永磁直线同步电机(PMLSM)存在法向力波动的问题,法向力波动会造成进给工作台振动,影响精密机床的加工精度和定位精度.分析表明,磁阻力波动是产生法向力波动的主要原因.采用初级齿槽两次倒角优化和次级斜极相结合的方法来减小磁阻力波动.应用有限元方法对齿槽结构和斜极角度进行优化,计算优化后的电动机参数,并使用分层有限元分析方法进行仿真计算.仿真结果表明,采用该优化方法的永磁直线同步电机可在推力损失较小的情况下有效抑制法向力的波动幅值.     

一种磁悬浮永磁直线电动机的电磁力特性

为消除直线电机数控机床进给系统的摩擦阻力,提出一种自身产生磁悬浮力的磁悬浮永磁直线同步电动机.从描述磁介质的分子环流假设出发,用毕奥-萨伐尔定理导出永磁体外部空间磁场分布的解析表达式,并基于由磁荷法和虚位移法给出的永磁体磁力数值积分公式,椎导出电机悬浮力波动的解析模型,说明斜极对电机悬浮力的影响.利用Maxwell 3D软件建立三维有限元瞬态分析模型,结果证明该磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生独立并可控的推力和悬浮力.进一步建立斜极结构下电动机的三维有限元模型,分析结果表明采用斜极结构可以有效的减小电机推力和悬浮力的波动.     

基于复合磁性槽楔的PMLSM推力波动抑制

永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在齿槽力,影响电机的控制性能。 本文提出一 种基于软磁、硬磁材料混搭的新型复合磁性槽楔结构(composite magnetic slot wedge,CMSW),能有效抑制 PMLSM 推力波动。 首 先,分析了单一磁性槽楔的材料、尺寸和空间位置分布对 PMLSM 输出推力和推力波动的变化规律。 然后,研究新型复合磁性 槽楔的软磁、硬磁材料配比和位置分布,对电机输出推力、推力波动和齿槽力等电磁性能的影响。 以最大推力和推力波动最小 为优化目标,利用正交优化法对复合磁性槽楔的尺寸进行优化。 研究表明,采用新型复合磁性槽楔可有效降低推力波动和损 耗,推力波动降低 79. 4%,而平均推力基本不变,为 PMLSM 推力波动抑制提供新的技术途径。     

基于响应面法的双边长初级永磁直线同步电机多目标优化设计

永磁直线同步电机由于存在边端效应以及齿槽效应,在运行中不可避免地产生推力波动。针对高速大推力密度应用场景,对一种双边长初级PMLSM开展了优化设计。将有限元法与解析法结合,首先独立分析了轴向长度、极弧系数和初级轭部高度等单个参数对电机水平推力和推力波动的影响,并进一步采用Taguchi法筛选显著性较高的结构参数。在此基础上,以提高电磁推力、减小推力波动为优化目标对电机进行响应面分析,得到最终的电机尺寸优化参数。最后制作样机并搭建实验平台,验证了所提优化方法的有效性。     

动磁式永磁无刷直流直线电机的齿槽力最小化

为提高永磁无刷直流直线电机的性能，必须研究减小其齿槽定位力(齿槽力)的技术措施。根据电磁弹射系统需要推进大质量载荷的要求，提出了1种大推力的动磁式永磁无刷直流直线电机模型。用有限元方法计算了磁极端部与定子齿槽相互作用形成的3种齿槽力分量，由傅里叶变换得到了各分量的功率谱。在对各分量进行频谱分析的基础上得出了产生齿槽力的主要原因是电机推力的二次谐波这一结论，提出了优化磁极宽度以减小齿槽力的方法。对优化设计后的电机模型进行了有限元计算和频谱分析，分析显示该电机模型推力的二次谐波已被大大削弱。计算了不同磁极宽度情况下的电机推力，结果表明采用该方法可以有效减小电机的推力波动。     

永磁同步直线电动机磁场和推力波动分析及实验研究

直线电动机存在由端部效应、齿槽效应和法向吸力引起的推力波动,对电动机动态稳定性和伺服控制性能产生较大的影响。利用等效磁化电流和许-可变换求解电动机的磁场分布,并采用ANSYS进行仿真分析验证,采用对电动机初级铁心长度优化的方法降低推力波动。实验表明,推力波动实验值与分析基本一致,证明了提出的磁场分析方法和优化设计的有效性。     

永磁直线同步电机的推力波动分析

为改善高档数控机床进给系统用永磁直线同步电机的伺服性能,需要研究减少推力波动的技术措施。文章分析了永磁直线同步电机推力波动的机理,指出齿槽效应、端部效应及法向力是引起永磁直线同步电机推力波动的主要原因。     

永磁直线同步电机推力脉动削弱方法综述

对永磁直线同步电机(PMLSM)的推力脉动削弱方法进行了原理介绍和特点分析。针对边端效应力、齿槽力和电磁脉动力,归纳和总结了其对应的推力脉动削弱方法,并对其控制方式进行了概括。最后讨论了PMLSM推力脉动削弱方法的发展趋势。所做研究有助于促进PMLSM性能的提高和应用领域的扩大。     

一种基于非线性反馈重复控制策略的磁通切换直线电机推力波动抑制方法

针对初级永磁型磁通切换直线(LFSPM)电机,研究其定动子双凸极结构引起的与位移相关的定位力、摩擦力及参数变化等不确定性对伺服系统的影响,提出一种基于非线性反馈的重复控制策略。首先,在分析LFSPM电机定位力的基础上,通过设计重复控制器对定位力引起的推力波动进行抑制;随后设计非线性反馈控制器,对因摩擦力及参数变化等不确定性因素引起的推力波动进行补偿,同时使逼近误差随周期数的累加而呈现减小的趋势,保证了系统的全局渐近稳定性。最后,通过AD5435半实物系统搭建了控制模型,实验结果表明,该控制方案有效抑制了因定位力及其他不确定因素引起的推力波动。     

内燃机用自由活塞永磁直流直线发电机分析

提出了一种新结构的自由活塞永磁直流直线发电机。电机为圆筒形,粘贴在动子支架上的永磁体由内向外沿径向充磁,通过内静子铁心与动子支架间的穿插配合,从静子上看动子只有一个磁极,静子上只有一组串联绕组,当永磁体动子朝一个方向运动时,电动势方向不变,可看作直流永磁直线发电机。通过三维有限元分析计算,指出设置磁路调整环的必要性;给出了有效削弱齿槽力波动的方法;得到了反映电机性能的电感、电动势和电磁推力等重要参数或曲线。     

动圈式电磁直线驱动装置多目标优化设计

为进一步提高电动汽车变速系统的结构紧凑性和动圈式电磁直线驱动装置推力特性,采用多目标遗传算法对其优化设计MAG三维瞬态有限元对比分析得到外直梯形方案力性能最佳。在此基础上,采用了基于多目标遗传算法(MOGA)的结构参数优化方法,优化结果显示,推力峰值和力最大波动率数值分别为1247.3N和23.19%,推力峰值符合要求且力最大波动率相比于初始结构降低了19.9%。试验结果表明,该驱动装置力最大波动降低了24.0%,验证了数值计算的准确性和设计优化方法的有效性。     

直线同步电动机磁场及力的有限元仿真分析

介绍了常导型高速磁悬浮列车用直线同步电动机的有限元数值仿真方法：计算得到磁场分布和力的大小。分析了推力的频谱．发现推力存在着较大的波动。对直线同步电动机的结构进行改进后，推力的波动大为减小．为其应用于高速磁悬浮列车提供了理论依据。