永磁球形步进电动机运动控制方法

介绍了一种三自由度永磁球形步进电动机的控制方法,分析了永磁球形步进电动机定子与转子的结构,然后针对其结构特点及运动原理,提出根据永磁体和线圈铁心的排列组合,建立一张包含位于球形步进电动机转子某一点上物体的所有可能的运动轨迹点的表,根据物体所给定的运动轨迹,采用查表法,最终确定永磁球形步进电动机的通电线圈对,达到控制球形步进电动机,使物体沿着期望的运动轨迹运动的目的。     

多自由度永磁球形电动机控制策略的研究与发展

阐述了当前多自由度永磁球形电动机结构与控制策略的研究与发展现状,探讨了永磁球形电动机控制策略的研究重点,最后对课题组前期工作进行总结,指出实现高精度闭环跟踪控制是未来研究的发展趋势。     

一种球形电动机转子三自由度位置检测方法研究

研究了一种永磁球形电动机转子位置检测方法,通过结合多组三维霍尔传感器及永磁体进行球形转子空间位移和角位移的三自由度位置检测,改进了测量球形电动机转子位置的方法,给出了具体的求解方法。对检测过程中来自系统内外的线圈和永磁体产生的误差因素依次进行了理论研究和仿真分析。仿真和实验结果证明,该方法能对球形电动机转子三自由度位置进行有效检测,为三自由度球形电动机位置检测提供了新的思路。     

基于毕奥-萨伐尔定律的永磁球形电动机定子线圈磁场分布研究

永磁球形电动机定子绕组采用集中式绕制方式,分层均匀镶嵌在定子球壳内壁。为得到永磁球形电动机单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,建立球形电动机全局坐标系与定子线圈局部坐标系之间的映射关系,然后运用毕奥-萨伐尔定律对定子线圈产生的磁场进行求解分析。在对磁场解析表达式求解过程中借鉴“割圆法”思想,得到了磁场的数值解表达式,给出了单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,并通过有限元方法验证了所提方法的有效性。     

磁场积分法在永磁步进球形电动机场分析中的应用

用积分方程法建立了永磁步进球形电动机磁场的；学模型，导出了用于计算其磁场分布的离散计算公式。计算结果与有限元法结果比较，表明积分方程法对于永磁步进球形电动机场分析是行之有效的。     

永磁球形电动机永磁体涡流损耗分析

永磁球形电动机的磁极呈球面锥体结构,各定子线圈相互独立分布于定子球壳内表面,针对这些特性,提出了一种计算永磁球形电动机永磁体涡流损耗的三维解析模型。该模型将双重傅里叶级数法与矢量磁位解析法相结合,首先利用双重傅里叶级数法求得定子内径处电流密度分布,继而将其作为边界条件,借助三维拉普拉斯方程,获得了矢量磁位的特解,最后推导得到了永磁球形电动机永磁体涡流损耗的解析表达式。该模型充分考虑到了时间谐波与空间谐波对涡流损耗的影响,并分析了不同的电机结构参数对永磁体涡流损耗的影响。将解析法与有限元法所得结果进行了比较,结果一致,证明了该解析模型的有效性。     

新型永磁球形步进电动机结构参数及转矩特性的计算与分析

介绍了一种新型永磁球形步进电动机的结构、工作原理,对电机的结构参数进行了深入分析。针对目前此类球形电机转矩计算的困难,基于麦克斯韦张量法推导并建立了有效的电机转矩计算模型,运用该方法对已知的电机模型进行分析,获得了典型的转矩特性。在此基础上对影响电机电磁转矩的主要结构参数进行了研究,并对典型的电机单步响应过程进行了仿真分析。通过合理设计电机的结构参数和电磁参数,可有效提高电机输出转矩,降低转动惯量,提高电机响应特性。所得结论为永磁球形步进电动机进一步的设计和优化提供了理论依据。     

球形电动机正弦函数平方曲线加减速算法研究

文中主要研究了三自由度永磁球形电动机的正弦函数平方曲线加减速算法的轨迹规划.对球形电动机建立正逆运动学模型,利用运动学方程求解出正逆解,并对欧拉角进行奇异性分析,对正弦函数平方曲线进行了理论分析与数字仿真分析,其结果表明了此加减速算法在角位移、角速度、角角速度和角加加速度方面的优良特性.     

支持向量机理论及其在复杂电机设计中的应用

阐述了支持向量机的历史以及发展现状,介绍了支持向量机在电机设计中的一些应用.对其在永磁球形步进电动机中的应用前景进行了展望.     

横向磁场永磁同步电动机d-q轴模型研究

横向磁场永磁同步电动机(TFPMSM)由于磁路结构与传统径向永磁同步电动机不同,使得其d-q轴电感的求解与传统径向永磁同步电动机不同,难以直接套用传统径向永磁同步电动机的公式.结合传统径向永磁同步电动机的坐标变换矩阵和方程,给出了相应的横向磁场永磁同步电动机的坐标变换矩阵和功率求解方程.根据横向磁场永磁同步电动机各相之间没有磁路耦合的特点,分析了其相绕组自感系数的变化规律.结合该种电动机的相绕组电压和磁链平衡方程式,分析了只考虑基波的情况下电动机的d-q轴电感的求解方法.模型分析将横向磁场永磁同步电动机的数学模型与传统径向永磁同步电动机的模型进行了统一,简化了横向磁场永磁同步电动机的分析.     

永磁球形多自由度电机研究进展综述

简述了永磁球形多自由度电机的优越性能,首次提出了永磁球形多自由度电机的分类,重点介绍了国内外的永磁球形多自由度电机最新研究进展和研究中遇到的问题,并探讨了永磁球形多自由度电机的发展前景和趋势。最后在三维有限元软件环境中对一种永磁球形三自由度电机的转矩特性进行了仿真计算,给出了仿真结果,对电机转矩特性进行了分析和讨论。     

计及多因素影响的永磁电机空载气隙磁密解析计算法

为准确而快速地计算与评估电机的性能,以I型转子结构永磁电机为例,提出了一种计及多因素影响的空载气隙磁密的解析计算法,并用有限元进行了仿真验证。分析了永磁体尺寸、隔磁桥高度和极弧系数等参数对气隙磁密的影响规律,为优化电机方案提供了思路。     

一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计

在简述永磁球形多自由度电机的优越性能的基础上,针对一种新型永磁球形多自由度电机提出了4种永磁转子设计方案,对每一种永磁体结构进行了静磁场磁通密度模值和磁场分布计算,建立了球坐标下永磁体磁场解析求解模型,进行对比分析.同时基于三维有限元软件,对各种永磁转子结构的球形多自由度电机转矩特性进行了计算和仿真.设计制备了5个圆柱体组合结构的钕铁硼永磁转子来代替球形结构,制作了模型样机.理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,并对转子永磁体的受力进行了测试,与仿真计算结果一致.     

Design optimization of permanent magnet synchronous motors for high torque capability and low magnet volume

Permanent magnet synchronous motors are being manufactured and used increasingly in low to medium power range applications due to their inherent advantages. There is a great deal of opportunity to enhance their merits by design optimization, thus reduce production costs and improve performance of the motors. In this paper a design optimization is performed on interior type permanent magnet synchronous motors to achieve high torque development capability with low permanent magnet consumption. A multi-objective optimization is performed in search for optimum magnet dimensions and location. The design optimization results in a motor structure superior to original motor specifications. Finite element method is used to evaluate the accuracy of the results.     

斜槽式永磁球形电机的设计与分析

永磁球形电机由于其结构简单、控制方便,并且可以实现任意角度的偏转的特点,现在在航空航天、智能机器人等各个领域被广泛应用。本文采用8极16槽,具有三层定子结构的永磁多自由度球形电机,对球形电机的气隙磁场和齿槽转矩进行了分析,提出一种斜槽结构,对转子进行优化,利用有限元软件建立三维模型,用解析法对齿槽转矩进行分析,得到的结果与有限元方法进行对比分析,计算分析结果表明,该优化设计方法能有效降低永磁球形电机的齿槽转矩。     

真空干泵用两种驱动电机热特性对比分析

真空干泵驱动电机散热困难,需要严格控制其的温升,进而保证系统的长时间运行。以30 kW驱动电机为研究对象,设计了一台异步电机和一台18/12极双凸极永磁电机。两种电机的外形尺寸和功率等级等条件相同。同时,两种电机的冷却方式均采用机壳通有螺旋水道的水冷,分别对两种电机进行了温度场分析。分析结果表明,在额定运行时双凸极永磁电机具有更低的整体温升,更加适用于真空干泵机组。     

A permanent magnet‐assisted synchronous reluctance motor

Permanent magnet motors have attracted a lot of attention recently for their potential for saving energy. However, they are only used for certain applications because the magnets are expensive. This paper discusses the optimum design of the low‐cost, highly efficient magnet‐ assisted reluctance motors with a minimum amount of magnets. The motor considered in this study is a multi‐flux barrier reluctance motor. The configuration by which permanent magnets are embedded to the innermost side of the rotor to obtain maximum output with the minimum amount of magnets was evaluated through simulation and experiments with a prototype motor. As a result, we established a method for designing motors capable of realizing the same efficiency as permanent magnet motors with only one‐fourth the amount of magnets. In our experiments, we achieved a high efficiency of 94.5% with a 750‐W motor. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 142(4): 66–74, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10123     

无轴承永磁同步电机的转子磁场定向控制研究

无轴承永磁同步电机由于功率密度大、转矩脉动低等优良特性受到了高度重视。文中针对一类表面贴装式无轴承永磁同步电机，详细推导出径向悬浮力表达式，建立了准确的数学模型。针对电磁转矩和径向悬浮力之间耦合的特点，采用了基于转子磁场定向的控制策略来实现这类无轴承永磁同步电机的非线性解耦控制。实验证明了该控制算法的有效性。该控制算法对插入式转子结构和内装式转子结构的无轴承永磁同步电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。     

Analysis and characteristics of a permanent magnet-type bearingless motor

Super-high-speed and high-power electric machines are required for turbomolecular pumps and spindle drives. High rotational speed and high-power drives can be achieved with bearingless motors. In this paper, a bearingless motor with principles of permanent magnet-type synchronous motors is proposed. High-power factor and high efficiency can be expected in permanent magnet-type bearingless motors. The proposed bearingless motor is a 4-pole permanent magnet synchronous motor, in which additional 2-pole windings are wound together with 4-pole motor windings in stator slots. With currents of 2-pole windings, radial magnetic forces are produced to support a rotor shaft. Principles of radial force production of surface-mounted permanent magnet bearingless motors are analyzed mathematically. The relationships between radial forces and the permanent magnet thickness were derived. From these relationships, the optimal permanent magnet thickness to produce radial forces efficiently is found. A test machine was built to confirm the relationships of radial forces, currents and voltages.     

自起动永磁同步电动机齿槽转矩的研究

永磁电机中永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起电机振动和噪声.该文提出了一种针对自起动永磁同步电动机的解析分析方法,得到了齿槽转矩的解析表达式.基于所导出的表达式,根据产生机理的不同,将齿槽转矩各分量分为4类,对各类齿槽转矩的特点进行了分析,并研究了斜槽对各类齿槽转矩的影响,研究表明：与表面式永磁电机不同的是,在自起动永磁同步电动机中采用斜槽的方法不能消除所有的齿槽转矩.