永磁直线伺服电动机的分析计算

对具有多极、少齿结构的永磁直线伺服电动机(PMLSM)进行了分析和计算.在设计上采用真分数槽绕组和开口槽对齿槽磁导波进行移相调制,并优化了电枢长度,有效削弱了PMLSM的端部效应和齿槽效应,提高了伺服机构的定位精度.利用有限元法计算了直线电机在不同位置的Detent Force及其在矢量控制下不同负载时的推力波动.     

永磁直线伺服电动机的分析计算

对具有多极、少齿结构的永磁直线伺服电动机(PMLSM)进行了分析和计算。在设计上采用真分数槽绕组和开口槽对齿槽磁导波进行移相调制,并优化了电枢长度,有效削弱了PMLSM的端部效应和齿槽效应,提高了伺服机构的定位精度。利用有限元法计算了直线电机在不同位置的Detent Force及其在矢量控制下不同负载时的推力波动。     

段间移相90°两单元永磁直线同步电机的建模与控制器设计

针对高精度数控机床用永磁直线同步电机(PMLSM)端部效应引起的推力波动问题,提出了两单元电机段间移相优化设计的思想。通过两单元移相90°形成的四个端部磁导进行相位调节,使磁导端部效应引起的推力波动中的二次谐波成分互相抵消,有效地削弱了端部效应力。为了进一步减小推力波动,在建立这种新型电机数学模型的基础上,对电机进行了自抗扰控制器设计,将端部效应力视为扰动,对其进行观测和补偿。仿真结果表明,采用自抗扰控制器的伺服系统有较好的动态性能及较强的抗干扰性、鲁棒性,较好地抑制了推力波动的影响。     

开辅助槽对永磁直线伺服电机法向力波动的影响

单边平板型有铁心永磁直线伺服电机(PMLSM)由于具有推力大,功率密度高的特点,是目前应用最为广泛的一种直线电机,但由于齿槽效应、端部效应及磁场谐波的影响,电机在运行过程中初、次级之间存在较大的法向力波动,其中齿槽效应引起的法向力波动一方面以摩擦力扰动的形式引起切向推力的波动,另一方会面引起机床的振动。为此,采用Maxwell stress tensor推导初级边齿无限长永磁直线电机空载齿槽法向力的解析表达式,通过对整数槽和分数槽PMLSM法向力波动谐波分量的分析,得出电机初级齿开辅助槽对齿槽法向力波动谐波次数和谐波幅值的影响规律。利用Ansoft Maxwell有限元软件对单边永磁直线电机开辅助槽前后的法向力波动情况进行仿真分析,仿真结果与解析结果基本一致,验证了解析分析方法的正确性,为削弱PMLSM法向力波动提供了理论指导。     

永磁开关磁链直线电机若干优化设计方法

永磁开关磁链直线电机除具有常规永磁直线电机的优点外,还具有显著的成本优势,因此具有很好的应用前景。本文在简要说明该类电机的基本结构与原理之后,指出通过合理调整初级与次级铁心的外形尺寸来减小反电动势谐波含量与电机推力波动,采用磁桥结构提高弱磁控制能力和初级铁心机械强度,借鉴旋转电机齿槽力矩的抑制方法来削弱推力波动的齿槽效应成分,并提出辅助齿结构来有效削弱推力波动的端部效应成分,最后还给出了一种模块化结构形式来提高电机的容错性以及边端线圈与内部线圈的对称性。     

无槽圆筒永磁直线同步电机推力波动的解析模型及抑制方法EI北大核心CSCD

无槽圆筒型永磁直线同步电机(slot-less tubular permanent magnet linear synchronous machine,STPMLSM)既避免了齿槽结构引起的齿槽力,又解决了初级铁心加工困难的问题,其推力波动主要来源是初级铁心端部效应和三相绕组电感不对称,介于齿槽结构与空心结构之间,推力波动的准确计算是此类电机设计与优化的关键。建立考虑初级端部效应的STPMLSM精确子域解析模型,能够快速计算空载与负载工况下的气隙磁密与推力波动,保证计算结果的准确性和高效性。基于该解析模型,提出初级铁心长度、三相绕组位置及匝数分配的综合优化方法,有效降低STPMLSM的负载推力波动,样机的推力波动从11.04%降到2.78%。最后,有限元模型和样机实验验证精确子域解析法及优化方案的正确性。     

永磁直线同步电机磁阻力最小化研究

依据永磁直线同步电机磁阻力产生的原理,针对2极三槽电机,分析了其边端效应,在此基础上,考虑到齿槽效应引起的齿槽力.提出了优化初级铁心长度和初级铁心端部形式的磁阻力最小化方法.有限元分析和验证了动子铁心和边端齿的最佳长度.结果表明本文提出的磁阻力最小化方法是可行的,减小了电机的推力波动.     

双V型结构削弱永磁直线电机磁阻力波动方法

磁阻力是单边平板型永磁直线电机(PMLM)推力波动的主要组成部分,影响了其在精密驱动领域的应用,为此,提出双V型结构削弱端部效应和齿槽效应产生的推力波动的方法。首先分析齿槽磁阻力和端部磁阻力的波动规律;然后基于积分法推导齿槽效应磁阻力与磁极的V型深度之间关系。接着针对特定深度的V型磁极,推导端部效应磁阻力与V型端部电枢铁心V型深度的关系。最后,以12槽10极PMLM为例,采用有限元仿真和实验验证,结果证明该方法能够有效削弱端部效应和齿槽效应产生的磁阻推力波动。     

双边型长初级直线感应电机电磁推力特性研究

针对电磁弹射及空间实验系统用双边型长初级直线感应电机(doublesidedlongprimarylinearinductionmotor,DSLPLIM)的电磁推力特性,首先根据电磁场理论,通过对初级行波电流层和次级电流的微分运算,推导出计及端部效应的直线感应电机气隙磁密的解析表达式,同时,依据洛伦兹力公式,推导出直线感应电机平均电磁推力的解析计算表达式;其次,为削弱端部效应引起的推力波动,采用发卡式全填充绕组以改善直线感应电机气隙磁密分布的正弦性(减小推力波动),同时为提升电机的电磁推力,改进现有次级板开槽结构,实现涡流路径的优化;最后,针对发卡式绕组和次级板开槽2种改进,利用推导的解析计算公式和3D有限元仿真软件,分别计算双边型直线感应电机的气隙磁密分布和电磁推力特性曲线。对比分析表明:发卡式全填充绕组的使用不仅能削弱直线感应电机的推力波动,还能有效提升电磁推力的大小,提高直线感应电机的运行性能;改进次级开槽结构可有效提升电机的电磁推力,增大推力密度。     

Halbach阵列永磁同步直线电机边端力最小化研究

为了最小化由边端效应引起的永磁同步直线电机的推力波动,分析了永磁直线电机边端力产生的原因。以Halbach阵列永磁直线电机为例,用两种解析方法推导出最优初级长度。用基于傅里叶极数的解析方法推导得出了最小边端力下的初级长度计算公式;并用等效磁化电流法求出空载气隙磁密,用麦克斯韦张量法求出直线电机初级所受边端力,根据解析式分析边端力特性,并推导出边端力最小时的初级长度表达式。通过有限元验证了初级长度计算公式的正确性,结果表明提出的最优初级长度是可行的,可以有效降低永磁直线电机的边端力,从而抑制永磁直线电机的推力波动。     

直驱永磁电机绕组匝间短路故障研究

直驱永磁电机包括旋转结构与直线结构,其电磁负荷高,直接与负载相连接,电机的可靠性运行对系统安全非常重要,绕组匝间短路故障是其中一种重要的影响因素。本文以直驱永磁直线电机（PMLM）为研究对象,基于有限元方法分析了初级绕组匝间短路故障对电机性能的影响。首先介绍了直驱PMLM的拓扑结构与气隙磁场,分析了匝间短路对相电流与短路电流的影响,然后计算了短路匝数、短路位置对电机性能的影响,包括三相电流、短路电流、平均推力与推力波动,最后总结了匝间短路故障对PMLM性能的影响,为直驱系统的故障诊断与容错运行提供理论支持。     

磁悬浮列车用永磁直线同步电机特性的有限元分析

用有限元法分析了磁悬浮列车用永磁直线同步电机的动力特性,得到了在列车前进时推力的波动情况,并讨论了不同气隙高度下磁悬浮列车用永磁直线同步电机电磁力的变化情况。     

基于神经网络推力观测器的滑模控制在抑制直线伺服系统推力波动中的应用

文章针对直接驱动交流直线伺服系统低速时存在的推力波动问题，提出了一种滑模控制方案。通过一种新型的神经网络负载推力观测器和扰动前馈补偿的设计，理论分析表明可有效地削弱推力波动及滑模控制产生的抖振。仿真结果证明该方案不但解决了永磁直线同步机的推力波动问题，而且对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性。     

高速磁浮列车用永磁直线同步电机特性有限元分析

用有限元法分析了高速磁浮列车用永磁直线同步电机的动力特性,得到了在列车前进时推力的波动情况,并讨论了不同气隙高度下高速磁浮列车用永磁直线同步电机电磁力的变化情况。     

分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁动势及绕组系数分析

本文根据绕组电流产生磁动势的基本原理,使用Matlab软件对典型常用的几种分数槽集中绕组单元电机的定子磁势进行傅里叶级数展开,得到分数槽集中绕组磁势各次谐波的频谱图。通过对频谱的分析,得到分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁势的谐波分布规律。在磁势谐波频谱的基础上分析了分数槽集中绕组的绕组系数,得到了绕组系数分布规律及绕组系数表。为分析解决分数槽集中绕组永磁交流伺服电机其它问题打下基础,为电机的设计提供依据。     

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.     

削弱永磁直线电机法向力波动优化设计

为了削弱永磁直线电机(PMLM)运动中存在于动子与定子之间的法向力波动,在推导分析法向力波动产生原理的基础上,采用最优极弧系数和磁极倒角法削弱齿槽法向力,采用优化铁心长度及端齿形状削弱端部法向力,以达到综合削弱PMLM法向力波动的目的。通过有限元仿真证明了所采用方法的有效性,可以在满足推力要求的的情况下,极大地削弱PMLM的法向力波动。所得结论可为永磁直线电机的设计提供一定的理论指导。     

基于推力观测器的直线式交流伺服系统滑模变结构控制

针对直线式直接驱动交流伺服系统,提出了一种新型滑模变结构控制方案。通过负载推力观测器的设计和扰动的前馈补偿,有效地削弱了变结构控制产生的抖振。在系统滑模设计中,采用积分补偿法进一步削弱系统的抖振。仿真和实验结果表明,该方案不但克服了直线式永磁同步机推力波动对系统性能的影响,而且对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性。     

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场和推力解析计算

介绍了一种基于标量磁位分离变量法(圆柱坐标)的径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场解析计算方法。利用该解析法理论分析了无槽电机的气隙磁场,得到了气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果;同时对有槽电机引入了卡特系数并利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数,得出了径向磁通密度的解析表达式;此外,文中还利用解析法计算了无槽电机的推力;通过有限元数值算法对磁场和推力进行计算,结果表明,该电机气隙磁场及电磁推力的两种计算方法的结果误差很小,验证了解析法的正确性和实用性。最后给出了无槽型实验样机的径向磁场分布以及电机额定负载时的推力实验结果,验证了样机分析和设计的正确性。