横向磁场磁通切换电励磁磁悬浮直线电机的研究

在传统磁通切换直线电机的基础上,提出了一种可用于轨道交通的横向磁场磁通切换电励磁磁悬浮直线电机（TMFFSEEMSLM）。研究TMFFSEEMSLM的结构与运行原理,该电机的定子为U形磁极,动子为双H形并通过横梁连接,产生横向磁通进行导向,电枢绕组和励磁绕组均位于电机短初级上实现磁通切换,次级仅由导磁铁心构成,电励磁实现气隙磁场调节,极大地降低了远距离轨道交通的制造成本,磁悬浮使电机的初级和次级实现无摩擦运动;建立该磁悬浮直线电机的数学模型,推导电压、磁链方程以及悬浮力、电磁推力和导向力的解析表达式;建立电机的三维有限元模型,分析电机的磁场分布及其电磁参数,对电机的悬浮力、电磁推力、导向力进行仿真,研究结果验证了电机结构的可行性,可以实现牵引、悬浮与导向的一体化。     

非磁性次级直线感应电机力特性及涡流损耗分析

针对用于磁悬浮车辆的非磁性次级直线感应电机的力特性和涡流损耗进行研究。该电机初级绕组通入三相对称交流电产生行波磁场,与地面非磁性次级导体中感应的涡流磁场相互作用,可同时产生悬浮力和驱动力。针对非磁性次级直线感应电机力特性及涡流损耗求解问题,以麦克斯韦电磁方程为基础,建立了非磁性次级直线感电机的简化二维电磁模型,对其磁场进行解析分析,得到该类电机的推进力、悬浮力、总机械功率、涡流损耗的解析表达式;研究了涡流损耗与输入电流幅值、频率、转差率之间的关系;找出了合适的工作区间。利用有限元计算软件,计算分析了推进力、悬浮力及涡流损耗特性曲线。实验结果验证了理论计算的正确性。     

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链，导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征，需要提出新的建模方法，揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题，该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析，明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势，提出“主-边磁路并行解析”策略，构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究，结果表明，建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性，实现稳定悬浮，进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。     

轴向磁通悬浮感应电机的特性研究与实验

为实现静止稳定磁悬浮,采用轴向磁通悬浮感应电机(AFIMM)替代永磁磁轮悬浮方案。建立了轴向悬浮电机的三维有限元模型,对其磁场分布进行研究。采用分环计算法及多层行波磁场理论表面阻抗方法进行力的求解,得出了悬浮力、转矩与电流幅值、频率、转差率等参数之间的关系。通过实验,验证了理论分析的正确性。     

电磁电动式磁悬浮装置的磁场分析和力特性研究

针对目前电磁式磁悬浮无法实现静止悬浮,为实现静止稳定磁悬浮的问题,提出旋转磁场电动式磁悬浮装置方案,该装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生圆周运动的交变磁场,与其在次级导体中感应出的涡流磁场相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现稳定的悬浮.为准确分析装置力特性,建立悬浮装置的多层分环电磁模型对磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和水平转矩,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系;建立有限元模型,分析得出了系统的磁场分布,电磁力等的分析结果;搭建了实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证了理论分析和计算结果.     

一种磁悬浮直线开关磁阻电机悬浮模块设计与分析

磁悬浮直线开关磁阻电机继承了直线开关磁阻电机的优点,结合有效的悬浮设计方案,在磁悬浮运输系统中具有一定的应用潜力。研究了磁悬浮直线开关磁阻电机的悬浮模块及其改进结构,分析磁场分布和磁路模型,在此基础上,利用有限元软件进行仿真,通过结果分析发现所提出结构具有天然解耦的结构特点,可以实现悬浮力控制和推力控制解耦以及悬浮力控制与动子前进位置解耦,通过线性调节悬浮电流即可线性控制悬浮力,使悬浮电流控制为标量控制,大大降低了悬浮控制系统的复杂性。此外,改进结构可以有效提高悬浮电流利用率,减小悬浮绕组损耗。     

旋转磁场电动式磁悬浮装置的力和损耗特性分析

该文设计了一个新型磁悬浮装置方案——旋转磁场电动式磁悬浮装置,该悬浮装置利用初级绕组中的三相交变电流与其在次级导体板中产生的涡流相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现固有稳定的电动式磁悬浮。为准确分析装置力和损耗特性,建立了悬浮装置的多层分环电磁模型,采用多层行波磁场理论方法进行磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力、转矩和涡流损耗,给出磁悬浮装置特性与其参数的关系,利用时步有限元仿真和样机实验验证了理论分析和计算结果。证明在一定的输入激励条件下,装置可以输出足够大的悬浮力使次级悬浮,但次级损耗不可避免。     

混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机电磁特性分析

针对传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机受内定子尺寸限制,不能产生较大悬浮力的问题,提出一种新型混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机,将电励磁与高性能稀土永磁材料相结合,提高径向承载能力。在分析该电机结构与工作原理的基础上,构建等效磁路并进行分析计算,获得悬浮力计算模型;利用有限元方法仿真分析电机的静态电磁特性,如悬浮力特性、电感特性、转矩特性、偏心特性、永磁体对电磁性能的影响,并与传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力特性进行比较,仿真结果验证了所提出电机在结构上能够实现悬浮力与转矩的解耦,同时具有较大的径向承载能力。     

双边长初级磁通切换永磁直线电机推力波动分析及抑制

基于旋转型磁通切换永磁电机的工作原理和电磁发射的特点,提出了一种应用于电磁发射的新型磁通切换型长初级永磁直线电机,该电机具有推力密度大、动子结构简单、质量小的优点.首先,分析了该电机的结构和工作原理,并对该电机的电磁推力各分量的计算公式进行了推导.其次,分析了在正常和故障状态下引起推力波动的原因:根据推力波动产生的机理,针对边端定位力、磁阻力和容错控制运行状态下永磁谐波分量引起的推力波动,分别提出了采用楔形边端设计、绕组电感互补、电流谐波注入和次级错极等方法进行了优化和补偿,并通过二维瞬态有限元进行了验证仿真.最后,通过一台长次级的磁通切换永磁直线电机验证了有限元仿真的正确性以及所提出的推力波动抑制方法的有效性.     

双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机

提出双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机的方案,克服了传统横向磁通永磁电机初级空间利用率不高的缺陷.初级铁心单元加工方便,能够充分利用次级永磁体,有效减小次级永磁体的极间漏磁,增加与绕组相交链的磁链,提高电机的空载感应电动势.文章介绍了电机的结构并阐述了其工作原理,利用磁路法建立了电机的三维等效磁网络模型,推导出了电机的空载主磁通和空载感应电动势表达式,将次级永磁体等效成面电流,获得了推力表达式,通过三维有限元方法计算电机磁场和推力.研制了一台实验样机,测得了空载感应电动势和静态推力.理论分析与实验结果基本吻合,验证了理论分析的有效性.     

旋转磁场电动式磁悬浮装置的状态方程与悬浮力控制

为实现静止稳定电动式磁悬浮,设计了一个旋转磁场电动式磁悬浮装置方案,该装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生圆周运动的交变磁场,与其在次级导体中感应出的涡流磁场相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现固有稳定的电动式磁悬浮。为准确分析装置特性,建立了悬浮装置的电磁模型,采用多层行波磁场理论方法进行磁场分布求解,求得了装置的等效电路,经过数学推导得到了装置的状态方程,并设计了基于次级磁场定向控制的矢量悬浮控制策略。利用有限元计算和样机实验对磁场分布、等效电路参数和悬浮力控制效果进行了验证,结果证明装置能够实现稳定悬浮运行。     

新型无轴承磁通切换永磁电机有限元分析

提出了一种新型的无轴承磁通切换永磁电机,阐述了其结构与径向悬浮力产生原理;通过Ansoft有限元建模仿真,对电机的磁场分布、磁力线、气隙磁密、电磁转矩等电磁特性进行了分析,对径向悬浮力大小与转子位置和电流之间的关系进行了计算。计算结果表明新型无轴承磁通切换永磁电机具有优良的旋转和悬浮性能。     

双交替极横向磁通直线电机的优化与设计

得益于电磁负荷之间的解耦,横向磁通电机可以通过减小极距和提高运行频率的方式来获得更高的推力密度。在低速直驱领域,横向磁通电机有着广阔的应用前景。针对横向磁通电机内部空间利用率不足的缺点,该文提出一种双交替极横向磁通直线电机结构,在其初级和次级侧均安置了永磁体,充分利用了电机内部空间,提高了与绕组交链的永磁磁通。介绍了该电机的基本结构和运行原理,并推导电机主要尺寸与电磁力之间的关系式。通过三维有限元法研究不同结构参数对电机推力密度的影响规律,在此基础上,设计并研制一台实验样机。通过对样机的三相反电动势和静推力进行测量,并与有限元仿真结果进行对比,实验数据与仿真结果之间具有较好的吻合度。     

永磁型无轴承电机的完整系统建模

为实现永磁型无轴承电机的稳定悬浮运行，须对转矩和悬浮力进行实时控制。电磁转矩和磁悬浮力的精确计算是无轴承电机设计及其控制的基础。传统的永磁型无轴承电机数学模型将转矩与悬浮力作为两个独立的系统来考虑，忽略了它们之间的非线性电磁耦合关系，因此计算精度不理想。该文通过虚位移法推导、并建立了考虑转矩绕组与悬浮绕组之间非线性电磁耦合关系及转子运动的面贴式永磁型无轴承电机完整系统数学模型，并通过有限元分析提取了模型中的关键参数。基于此模型实现了转子磁场定向控制的悬浮运行仿真，通过与传统数学模型的仿真结果对比，验证了该模型的精确性与完整性。     

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法.采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电...     

盘式永磁Halbach悬浮装置的磁场和力特性分析

针对电磁式(EMS)磁悬浮实现稳定悬浮需要复杂的闭环控制和悬浮气隙较小等问题,提出的盘式永磁Halbach悬浮装置是一种电动式(EDS)磁悬浮系统,具有悬浮气隙大和不需要复杂的闭环控制即可实现稳定的悬浮等优点.盘式永磁Halbach悬浮装置通过永磁体和导体板上感应出的涡流相互作用产生悬浮力和转矩.从电磁场理论出发建立悬浮装置的分环电磁模型,采用拉普拉斯分离变量方法进行磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和水平转矩,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系,证明在一定的相对速度下,装置可以输出足够大的悬浮力.建立有限元模型,通过分析得出系统的磁场分布以及电磁力等的分析结果;搭建实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证理论分析和计算结果的正确性.     

单绕组磁悬浮开关磁阻电机电磁分析与优化设计

研究了单绕组磁悬浮开关磁阻电机电磁特性和结构优化设计方法。通过有限元分析计算得到电机悬浮力与结构参数的一般关系,以此选择定、转子极弧作为优化参数,并采用极限学习机构建优化模型,以提高悬浮力输出为目标,选用粒子群算法进行寻优。通过对比仿真结果表明所提算法的精度高、回归速度快,能够准确地寻取最优解。     

新型横向磁通热声直线发电机定位力研究

为了实现直线发电机与热声发动机的匹配,使系统运行在谐振状态,以提高热声系统的输出电功,提出一种新型的横向磁通直线发电机结构.通过理论分析得到了该电机的定位力与动子位移的关系,同时分析了气隙宽度、永磁体厚度和永磁体轴向长度等电机结构参数对定位力的影响.有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。     

交替极无轴承电机的转矩与悬浮特性

通过建立电机有限元分析模型的方法,对交替极无轴承永磁电机的转矩特性和悬浮机理做了深入的分析和验证,指出转矩和悬浮力分别正比于转矩电流和悬浮电流,悬浮力与转子旋转角位置无关以及转矩与悬浮控制相解耦等特性.针对传统无轴承永磁电机转矩输出与悬浮力之间的折中问题,分别建立交替极电机和表贴式无轴承电机的有限元模型,比较仿真数据,结果表明在两者电磁转矩相近的情况下,交替极电机的悬浮力是同样极对数表贴式无轴承电机的2.87倍.