直接磁悬浮永磁直线电动机无摩擦进给的研究

提出采用直接磁悬浮永磁直线电动机来消除数控机床进给系统的摩擦阻力实现无摩擦进给,对直接磁悬浮永磁直线电动机的结构和磁悬浮原理进行了论述,建立了磁悬浮永磁直线电动机的磁场分层模型,在此基础上,从磁场能量出发通过虚位移法推导出磁场和电磁力的表达式.利用Ansoft Maxwell 2D瞬态电磁场计算软件,对直接磁悬浮永磁直线电动机的空载磁场,以及负载运行时的气隙磁密和电磁力进行仿真研究.结果表明,采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现数控机床无摩擦进给是可行的.     

可控励磁磁悬浮进给平台电磁特性的有限元分析

设计一种可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台,平台与直线同步电动机动子固定相连,直线同步电动机同时实现平台的进给与悬浮。可控励磁磁悬浮进给平台的电动机定子为直流励磁,磁极既是励磁磁极也是平台的悬浮磁极,磁极与动子铁心间的法向力为平台的悬浮力,调节励磁电流改变平台的悬浮力;电枢在磁场中受到的切向力为驱动平台的电磁推力,调节电枢电流以调节平台的电磁推力。为了研究可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台的电磁特性,建立了该平台的数学模型和运动方程,并在数学模型的基础之上对电磁推力与悬浮力进行有限元计算。电磁推力的解析计算结果与有限元分析结果相比较,最大相对误差为8.73%,悬浮力的解析计算结果与有限元分析的结果相比较,最大相对误差为19.15%。计算结果表明可控励磁磁悬浮进给平台运行的可行性。     

直接磁悬浮永磁直线电动机运行机理研究

为了消除直线电动机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种靠自身产生的磁悬浮力来解决数控机床进给系统的悬浮问题的新型直接磁悬浮永磁直线同步电动机。采用虚位移法建立其瞬态场中推力及磁悬浮力解析表达式,并且利用有限元软件ANSOFT对电动机进行了建模及分析,将解析计算结果与ANSOFT的计算结果进行比较,证明了采用虚位移法所建立模型的正确性,同时仿真结果也证明该直接磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生解耦的并且可控的推力和悬浮力,实现无摩擦进给。     

新型混合励磁磁悬浮进给平台的解耦控制研究

针对数控机床进给平台存在的摩擦问题,提出一种基于混合励磁直线同步电机的新型磁悬浮进给平台的结构及运行原理。该磁悬浮进给平台推进系统和悬浮系统共用一个气隙磁场,电磁推力和法向力存在磁力耦合现象。对混合励磁直线同步电机的电磁推力和法向力进行了数值分析及有限元验证;建立了系统相应的状态方程和输出方程,并对系统进行了解耦控制。仿真结果证明:采用输入变换结合状态反馈可以实现电磁推力和法向力的完全解耦,有利于提高进给平台运动的平稳性及定位精度。     

一种采用磁悬浮的直线电机精密检测方法研究

针对传统直线电机电磁参数检测中由于摩擦引起的测试精度低等问题,根据永磁同步直线电机电磁分析模型和傅里叶级数法分析了电机气隙磁密、反电动势和电磁推力,提出了一种利用磁悬浮技术的直线电机无接触式精密检测方法,同时设计了对应的实验装置。该检测方法采用磁悬浮技术将被测直线电机无接触地悬浮在直线导轨上,由陪测电机带动被测电机沿导轨做直线运动,在运动过程中通过测量陪测电机与被测电机之间的相对位/力关系来实现电机力/电参数的测量。建立了该精密检测方法的实验平台,并利用实验平台实测了直线电机的推力波动和反电动势两个参数。     

表贴式与内置式无轴承永磁同步电动机电磁特性对比

为探究不同转子结构对无轴承永磁同步电动机电磁特性的影响,对2台表贴式与内置式无轴承永磁同步电动机进行对比分析。2台无轴承永磁同步电动机的定子结构、绕组通入的电流、相位、永磁体产生的气隙磁密完全相同。建立了2台电动机的有限元模型,对比分析了永磁磁链、反电动势、电感、转矩以及悬浮力等静态电磁特性。有限元仿真结果表明:表贴式永磁同步电动机永磁体的用量较小,磁链谐波分量较少;内置式无轴承永磁电动机能够产生较大的电感、转矩与悬浮力。     

圆筒型直线步进电动机在机床中的应用与推力计算

在分析平板型直线电动机在机床进给系统中的配置结构与存在问题的基础上,结合圆筒型直线电动机的特点,提出了将圆筒型直线步进电动机用于机床进给系统中的新方案.并开展了对圆筒型直线步进电动机的推力计算方法的研究,建立了圆筒型直线步进电动机电磁计算的有限元模型,得出了电动机力移曲线,模型试验证明了理论计算方法的可靠性.估算了电动机的平均推力,为进一步研究该电动机性能及在机床中的应用提供了有效的方法.     

基于等效磁化电流法的永磁同步直线电机静态气隙磁场计算

以1FN3100永磁同步直线电机为研究对象,基于解析法,给出了该直线电机二维稳态场的气隙磁场分布的计算公式,在此基础上,利用MATLAB数学工具绘出了1FN3100永磁同步直线电机的气隙磁密分布曲线。该方法为研究直线电机隔磁防护、推力波动、涡流损耗等热点和难点问题打下了基础。     

永磁无刷直流电机的仿真研究

应用Maxwell2D软件,对永磁无刷直流电机进行了气隙磁场的有限元分析,并给出了气隙磁密分布图和反电势波形图,最后计算了电磁转矩。有限元分析的结果不仅验证了电机设计的合理性,还为电机的进一步优化设计提供了依据。     

轴向磁化永磁微电机磁场分析及设计方法研究

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm。磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。     

中低速磁浮列车悬浮磁铁特性研究

悬浮磁铁是中低速磁浮列车运行的关键部件,其工作特性直接影响悬浮系统的控制精度和稳定性。使用有限元分析软件ANSYS对中低速磁浮列车悬浮电磁铁的磁场进行静态分析,验证有限元模型的准确性;根据悬浮列车运行中存在的电流情况,分析悬浮电磁铁瞬态磁场,获得瞬态电流变化下悬浮电磁铁悬浮力,磁通密度和能量损失的变化规律;基于不同斜率的瞬态电流加载,分析了电流斜坡加载斜率与悬浮电磁铁悬浮力,电流斜坡加载斜率与能量损失之间的关系。研究可为磁悬浮列车的悬浮控制和节能设计提供参考。     

内插式永磁型无轴承电动机悬浮力模型及其关键参数萃取

为计及内插式永磁型无轴承电动机直交轴电感差异对悬浮运行的影响,实现转子凸极效应下的稳定悬浮运行控制,提出一种建立悬浮力精确模型及其关键参数萃取的新方法。该方法从内插式永磁型无轴承电动机运行原理出发,基于磁场能量方法,建立计及转子凸极影响和定、转子定位偏心的磁悬浮力解析模型。针对模型参数是悬浮力控制及电动机悬浮运行的关键,深入分析该模型中关键参数的获取机理,并通过有限元磁场分析方法实现可控悬浮力和单边磁拉力计算中的参数萃取。在此基础上采用所获取的参数建立内插式永磁型无轴承电动机的有效控制策略,悬浮运行的仿真结果验证参数萃取方法的正确性。     

一种永磁直线同步电机的有限元仿真与分析

在传统永磁直线同步电机的基础上,设计了新型永磁直线同步电机的结构,并根据电磁场的基本理论,利用Ansofi有限元分析软件进行建模,分析了电机静态时磁场和磁通密度的分布以及电机启动和稳定运行时的动态特性。研究结果为以后进一步研究此类直线电机提供了一条有效的解决问题的途径。     

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承漏磁分析

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承的定转子气隙间存在漏磁现象,为了准确计算漏磁的大小,从而精确地对磁轴承进行磁路设计,利用有限元法对该现象进行了分析.通过ANSYS软件针对一台磁悬浮飞轮样机用径向磁轴承的磁场分布进行分析,提出了一种等效气隙漏磁系数的计算方法,得到样机用磁轴承的漏磁系数.样机试验结果表明,用这一方法计算得到的漏磁系数进行磁轴承参数设计及性能分析具有足够的精度,能够满足实际工程需要.     

基于杂散磁场感知与NBCNN-LSTM-Attention深度回归建模的永磁直线电机气隙磁密测量研究

本文提出一种基于隧道磁阻(TMR)传感器和噪声注入卷积神经网络(NBCNN)、长短期记忆网络(LSTM)、注意力机制动态集成神经网络预测模型(NBCNN-LSTM-Attention)的双边永磁同步直线电机气隙磁密新型非侵入式测量方法。首先，建立直线电机气隙磁场的解析模型和有限元模型作为数据基础，探寻直线电机的外部空间杂散磁场和内部中心气隙磁场存在非线性映射关系。其次，引入TMR传感器测量直线电机外部杂散磁场信号，并对传感器的安装位置进行优化，将内外一维磁密信号进行相似度特征匹配，以获取传感器最优测量位置。然后，将电机外部杂散磁场数据作为输入，内部气隙磁场数据作为输出，建立NBCNN-LSTM-Attention网络的内外磁场高精度映射模型，实现“用外代内”的非侵入式气隙磁密高精密测量。最后，搭建直线电机气隙磁密测量实验平台和高斯计对比测量实验平台，验证了本文所提方法的先进性和优越性。     

大位移角振动台的气隙磁场动静态特性分析

针对电机驱动式角振动台气隙磁场不均匀和输出大位移时波形失真大的问题,提出了一种径向磁通磁路结构的大位移角振动台,对其气隙磁场动静态特性进行优化分析。基于等效磁化强度法,在极坐标系下建立气隙磁感应强度的解析表达式,通过有限元法验证该方法的有效性,进一步分析了永磁体厚度、永磁体扇形角及气隙厚度对静态气隙磁场的影响规律;通过瞬态有限元法仿真分析了0.01、0.1和1 Hz 3个频率点上外磁环固定不动而永磁体和内磁芯转动的气隙磁场动态特性,定量分析了相对运动对气隙磁感应强度的影响规律;将优化后的磁路参数用于大位移角振动台样机中,测试结果表明,气隙平均磁感应强度及其分布规律和理论计算结果相吻合;研究方法对角振动台径向磁通磁路的理论分析与优化设计具有重要意义。     

基于LMI的磁悬浮永磁直线电动机H∞鲁棒控制器的设计

针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于线性矩阵不等式( LMI)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器.首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.其次,根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将设计问题转化为对LMI的求解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器.最后,为了验证设计的有效性,在MATLAB环境下应用Simulink建立系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求.     

可变磁路式永磁悬浮系统的动力学特性研究

介绍一种由伺服电机、盘状径向磁化永磁铁和导磁体组成的可变磁路式永磁悬浮系统。该系统中永磁铁提供悬浮力,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的磁通量,实现悬浮力的实时控制。该悬浮系统可以实现零吸引力,避免接触吸附问题,可以实现稳定状态下的零功率悬浮,达到节能减排的目的;可以任意改变磁极特性,实现在多自由度系统上的灵活应用。在综合考虑系统漏磁特性的条件下建立系统的参数化模型,分析系统的动力学和控制特性,然后进行系统的悬浮特性仿真研究,结果表明该系统在一定外扰下可实现稳定悬浮,并且具有较理想的时域和频域响应特性。     

抗磁悬浮静电电机悬浮与驱动特性研究

微型电机随着特征尺度的降低,其表面效应凸显,摩擦问题急剧突出。抗磁悬浮技术具有无摩擦、被动自稳定、尺度效应下浮重比显著提升等特点,是解决微型电机机械摩擦问题的一种有效途径。提出了一种基于抗磁悬浮静电驱动的微型电机方案,研制了转子直径为10 mm的定子下置式微型抗磁悬浮静电电机;基于永磁体电流等效模型,推导了抗磁悬浮静电电机磁通密度表达形式,建立了抗磁悬浮力的数学模型,获得了悬浮力与悬浮高度的关系并进行了实验验证;基于电容静电能原理,建立了抗磁悬浮静电电机的驱动力矩数学模型,获得了静电驱动力与定子输入电压、悬浮高度的关系并进行了实验验证;开展了旋转实验研究,分析了输入电压、环境湿度对转速的影响规律,获得了抗磁悬浮静电电机的驱动特性。本研究将会为高性能微型抗磁悬浮静电电机的研究提供支撑。     

直线压缩机电机的瞬态磁场分析

动磁式直线压缩机具有高效、结构相对简单的特点。由于直线压缩机活塞与气缸壁之间的正压力很小,因此应用于直线压缩机的自润滑材料具有很长的寿命。采用有限元分析方法,对压缩机用直线电机进行了瞬态磁场计算,得到了直线电机的运行情况。分析表明直线电机设计较为合理,其运行可以满足压缩机基本的要求;分析了直线电机永磁体偏移所造成的影响,永磁体偏移0.1 mm造成的侧向力大小达轴向力大小的13%。