永磁型无轴承电机的设计与运行分析

针对永磁型无轴承电机设计中转矩绕组和悬浮绕组设计的特殊性，提出了一种永磁体厚度优化设计新方法.该方法基于永磁型无轴承电机运行原理，进行了永磁型转子结构、悬浮绕组和永磁体厚度优化的设计.导出了计及定、转子定位偏心的永磁型无轴承电机悬浮力的解析模型，通过对磁悬浮力与悬浮绕组电流和转子偏心关系的电磁场分析，来验证该模型的精确度，并应用该模型建立了永磁型无轴承电机的控制系统.仿真结果表明，该设计方法提高了永磁型无轴承电机的转矩和悬浮性能，降低了设计的复杂性，且样机具有良好的动、静态悬浮特性.     

永磁型无轴承电机的设计与控制研究

为了深入研究永磁型无轴承电机的设计方法及控制策略,提出了计及定、转子定位偏心的悬浮力解析模型及该解析模型中悬浮绕组参数的设计方法.该方法基于永磁型无轴承电机悬浮力产生机理和电磁场有限元分析,进行电机设计,得到永磁型无轴承样机的系统参数.在此样机系统基础上,讨论了转矩控制子系统的转子磁场定向矢量控制、悬浮控制子系统的模糊自调整比例 积分 微分（PID）控制策略,并进行了悬浮运行实验,结果表明该设计参数与实际样机参数基本吻合,验证了该设计方法的正确可行性,该控制策略有效地解决了无轴承电机模型复杂、参数时变等实际因素的影响,保证了其运行控制的鲁棒性.     

无轴承异步电动机的系统实现

在对无轴承交流电机的磁悬浮机理进行一般性描述的基础上,采用电枢绕组气隙磁场定向控制来实现转矩控制和悬浮力控制之间的动态解耦,并以无轴承鼠笼式异步电动机为研究对象,研制了一套控制系统,并在原理样机上进行实验,实现了转子轴的稳定悬浮,而且动态性能良好,验证了提出的无轴承异步电动机控制系统的可行性．     

多相Y绕组同步电动机数学模型研究

多相电动机有着广泛的应用,建立数学模型对研究其特性非常重要.分析了多相Y绕组同步电动机的特点,建立多相Y绕组同步电动机基于dq坐标系下的数学模型.通过研究多相电机各相磁场、电压和电流的关系,获得了该电机简化的数学模型,该模型可作为不同相数Y绕组同步电动机的通用数学模型.利用Simulink进行了计算机仿真,通过对六相双Y同步电动机的起动过程进行的仿真,验证了简化模型与完整模型描述物理模型的一致性.该模型的建立对多相同步电动机运行稳定性能和过渡过程的分析具有一定参考价值.     

双绕组无轴承开关磁阻电机有限元分析

双绕组无轴承开关磁阻电机为多变量、强耦合的非线性系统,建立准确的悬浮力数学模型是实现其稳定悬浮控制的关键。文章分析了双绕组无轴承开关磁阻电机结构和悬浮机理,推导了其径向悬浮力数学模型,采用Mawell 13.0建立了有限元分析模型,基于静态有限元法,分析径向悬浮力与绕组电流和转子位置角之间的关系,基于瞬态有限元法,计算电机发电绕组电压波形。     

新型内置式无轴承永磁同步电机设计与电磁分析

传统内置式无轴承永磁同步电机气隙磁密为矩形波分布,谐波分量较大,其系统难以精准调控.首先根据麦克斯韦张量法分析其径向悬浮力控制机理,运用傅里叶变换,对比了传统内置式永磁转子和新型内置式永磁转子等3种转子结构的气隙磁密和谐波分量;其次采用参数化有限元法,比较了3种转子结构悬浮绕组电流和悬浮力关系.最后,将电机模型和外部电路进行联合仿真,分析了新型内置式转子结构瞬态电磁场运行工况,在设定电机模型为转速为15 000r/min、输出功率为4kW的情况下,计算定子绕组空载感应电势波形,验证了径向悬浮力控制原理.     

异极型径向磁轴承的非线性解析模型

针对异极型径向磁轴承(HeRMB)气隙磁密分布和电磁力的计算,建立等效磁路法和气隙磁导函数相结合的非线性解析模型.通过计算磁轴承磁路各部分的集中磁导,建立计及饱和效应的等效磁路.采用考虑齿槽效应和转子偏心的气隙磁导函数计算气隙磁密分布,得到作用在转子上的电磁力,利用有限元验证了该解析模型的计算精度.利用建立的解析模型,研究偏置电流的影响和耦合效应.结果表明,偏置电流的变化对电磁力特性有很明显的影响;当转子无偏心时,X、Y 2个方向相互解耦,当转子有偏心时,2个方向之间会有耦合.     

表贴式永磁电机电枢反应磁场的子域模型

将表贴式永磁电机的电枢反应磁场划分为气隙子域(包含永磁体区域)、定子槽子域和定子槽开口子域,求解各个子域上的泛定方程得到其通解;施加通过考虑转子偏心的一阶摄动法得到的边界条件和分界面条件,来求得每个子域上电枢反应磁场的解析解.建立可以精确考虑定子槽、定子槽开口和转子偏心影响的表贴式永磁电机电枢反应磁场的解析子域模型,将解析模型的计算结果与采用有限元法得到的计算结果进行对比,结果表明:该解析模型可以精确地预测含有齿槽效应和转子偏心（静偏心、动偏心及两者组合）影响的表贴式永磁电机的电枢反应磁场.     

异极型径向磁轴承的非线性解析模型

针对异极型径向磁轴承(HeRMB)气隙磁密分布和电磁力的计算,建立等效磁路法和气隙磁导函数相结合的非线性解析模型.通过计算磁轴承磁路各部分的集中磁导,建立计及饱和效应的等效磁路.采用考虑齿槽效应和转子偏心的气隙磁导函数计算气隙磁密分布,得到作用在转子上的电磁力,利用有限元验证了该解析模型的计算精度.利用建立的解析模型,研究偏置电流的影响和耦合效应.结果表明,偏置电流的变化对电磁力特性有很明显的影响;当转子无偏心时,X、Y 2个方向相互解耦,当转子有偏心时,2个方向之间会有耦合.     

多相感应电机注入三次谐波提高转矩密度的原理

阐述了多相感应电机通过注入三次谐波提高转矩密度的原理及实现方法,通过分析以3相和5相为子集的多相感应电机注入三次谐波以后的磁势分布特点,总结该类电机绕组的相带分布规律,为多相感应电机的绕组设计提供理论指导.     

磁悬浮永磁直线同步电动机的有限元分析

针对数控机床直线电动机驱动系统中动子与导轨之间的摩擦问题,提出采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现无摩擦进给的方法.该电动机的动子上有两套绕组,一套为推力绕组,用于产生电磁推力;另一套为悬浮绕组,用于产生可控的磁悬浮力.采用Maxwell应力张量法推导了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型,并采用Ansoft对不同永磁材料电动机的电磁推力和磁悬浮力进行有限元分析.计算结果验证了数学模型的正确性,证明了采用磁悬浮双绕组永磁同步电动机实现无摩擦进给的可行性.     

磁场能量有限元法在电机参数计算中的应用

绕组的自感和互感参数计算是建立电机数学模型的基础,在很大程度上决定了电机性能计算的准确性。现有的电机绕组电感计算方法大多忽略了磁路饱和的影响,而且没有考虑定、转子齿槽以及气隙不均匀或不对称对电机参数的影响。电机磁场的有限元数值解法(包括其他数值解法)为电机的参数计算提供了一种更为准确的方法。本文介绍了一种建立在磁场能量摄动法基础上的电感参数有限元计算法。该法不受电机类型和绕组、气隙结构的限制,通用性强,准确程度高,可用于分析具有各种绕组或气隙结构的特种电机的参数和性能。文中给出了用该法计算一台六相方波电机电感参数的应用实例,并给出了电机参数计算值与实测结果的比较。     

A practical nonlinear controller for levitation system with magnetic flux feedback

This work proposes a practical nonlinear controller for the MIMO levitation system. Firstly, the mathematical model of levitation modules is developed and the advantages of the control scheme with magnetic flux feedback are analyzed when compared with the current feedback. Then, a backstepping controller with magnetic flux feedback based on the mathematical model of levitation module is developed. To obtain magnetic flux signals for full-size maglev system, a physical method with induction coils installed to winding of the electromagnet is developed. Furthermore, to avoid its hardware addition, a novel conception of virtual magnetic flux feedback is proposed. To demonstrate the feasibility of the proposed controller, the nonlinear dynamic model of full-size maglev train with quintessential details is developed. Based on the nonlinear model, the numerical comparisons and related experimental validations are carried out. Finally, results illustrating closed-loop performance are provided.     

基于转矩绕组无功功率MRAS的无轴承异步电机无速度传感器矢量控制系统

针对无轴承异步电机高速运行需要和转速在线估计问题,提出了一种基于转矩绕组无功功率模型参考自适应控制系统的无速度传感器矢量控制方法。经过数学推导,建立了转速与转矩绕组无功功率的关系式,消除了积分环节和定子电阻的影响,实现对转子转速的在线独立观测。应用此策略构建了无轴承异步电机无速度传感器矢量控制系统。仿真研究结果表明,该控制策略能实现无轴承异步电机在大负载扰动下的稳定悬浮运行,转子估计转速与实际转速的稳态误差小,控制精度高,验证了所提方案的有效性。     

一种通用的螺旋式绕组换位设计方法

提出一种基于变压器漏磁场计算的螺旋式绕组换位设计方法,这种方法适用于采用不同换位方式的各种螺旋式绕组,具有较好的通用性,同时,由于计算漏磁场和环流损耗时采用了多截面法,还具有较好的计算精度。     

磁、气悬浮电机的机制研究及仿真分析

在已有磁悬浮电机原理的基础上提出磁、气悬浮电机,通过气隙（气隙长度）联立磁、气悬浮本构方程,利用虚位移原理建立电机电磁悬浮力模型,建立了定转子气隙流体的雷诺方程。运用有限元分析软件对高速无轴承磁悬浮电机磁感应强度、电磁悬浮力及气隙流体的承载力进行了仿真分析。