基于Taguchi方法的低速潜油永磁电机优化及试验应用

潜油永磁同步电机直驱螺杆泵系统作为新一代采油技术被逐渐应用。为提高该电泵系统的性能,针对电驱系统开展低速潜油永磁同步电机的设计及优化分析。通过初始设计确定电机的主要结构参数,以电机效率最大化及齿槽转矩最小化为优化目标。基于Taguchi方法,选取气隙长度、永磁体厚度、定子齿宽和齿顶厚度4个结构参数作为优化变量,建立正交实验表,并利用有限元分析得到试验结果,确定最佳参数组合。根据最佳参数组合进行仿真分析,效率相较优化前提高了3.75%,齿槽转矩相较优化前降低了17.48%。根据优化结果,试制样机并进行了厂内测试与现场应用。结果表明：潜油永磁同步电机具有较高的效率,且运行平稳,验证了仿真结果的正确性和优化设计的有效性。     

基于SVM和遗传算法的新型直线电机结构参数优化

建立了一种新型圆筒直线电机的有限元模型,并验证了有限元模型的正确性。基于正交和随机方法安排了有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间。进一步采用支持向量机回归建模方法,建立了直线电机的非线性数学模型,而后采用遗传算法进行了直线电机结构参数多目标优化,得出最优结构参数组合。有限元仿真验证表明,基于支持向量机和遗传算法的优化方法用于研究该种新型直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

基于极弧系数组合的永磁直线电机齿槽力削弱方法

永磁电机由于齿槽效应造成的推力波动一直是影响其性能的一个重要因素.为了削弱永磁同步直线电机的齿槽转矩,结合直线电机的结构特点,利用能量法和傅立叶分解的解析分析方法,推导出了齿槽转矩与极弧系数的数学关系表达式.由于边端力也会造成直线电机的推力波动,而边端力与动子长度密切相关,提出了一种基于不同极弧系数组合的齿槽转矩削弱方...     

一种动磁式直线振荡电机的设计与分析

针对横向磁通式双定子动磁式直线振荡电机推力较小的问题,分析了该电机的工作原理,建立了动力学模型,探究了其动力学特性,基于三维有限元方法建立了电机的有限元模型,探究了气隙厚度、永磁体长度、永磁体厚度、动子位置、内定子厚度等参数对电机力性能的影响。在此基础上,优化了电机结构参数,并设计了适用于制冷压缩机的大推力方案。研究结果表明,电机的运动呈现正弦规律,永磁体长度等结构参数对电机力性能影响较大,参数合理优化后,输出总推力能达到700 N以上,满足压缩机大推力应用需求。     

基于支持向量化与混沌搜索的新型直线电机参数优化

以一种新型圆筒直线电机为研究对象,推导出了适合其结构特征的电磁方程;采用变分方法,建立了电机轴对称涡流场的有限元模型;通过仿真计算,得出了电机的启动推力和电流;样机试制和输出性能测试表明了有限元模型的正确性.基于正交和随机混合试验设计方法安排有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间;通过支持向量机对结构参数与计算结果的输入输出关系进行非参数回归建模,然后用混沌搜索方法对回归函数进行优化,得出最优目标结构参数.有限元仿真验证表明,基于支持向量机和混沌搜索的优化方法用于研究新型直线电机电磁结构参数是可行的.     

基于表面响应模型法的城市轨道交通用直线感应电机次级结构优化

建立了城市轨道交通用单边直线感应电机(SLIM)的3D有限元模型,通过次级结构参数化分析研究了次级结构参数对电机启动力特性的影响,找出了两个对启动力特性影响较大的参数,即次级铝板厚度与次级宽度。建立了仅需少量3D参数化有限元的分析结果,以及基于神经网络的SLIM启动力特性的表面响应模型。基于SLIM的表面响应模型,以次级铝板厚度与次级宽度为设计变量,以获得最大启动推力及最小法向力为优化目标,利用多目标遗传算法对SLIM次级结构参数进行了优化。提出了结合直线电机综合力性能指标进行最佳次级结构参数选择的方法。仿真与实验结果验证了电机表面响应模型以及优化方法的有效性。     

低速大力矩圆筒永磁直线电机齿槽力分析

为削弱圆筒永磁直线电机的齿槽力,采用了一种基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出了圆筒直线电机与结构参数有关的齿槽力表达式。在此基础上,研究了定子极距所作的微小改变和极弧系数的优化选择对齿槽力的影响,提出了减少电机齿槽力的优化方案,并利用有限元法对其进行了验证。通过抽油机实际测试,其测试结果证明所提出的方法是正确有效的。     

基于JMAG的无铁心永磁直线电机优化设计

针对高速运行时有铁心直线电机铁耗大、效率低的不足,提出一种动磁式无铁心永磁直线电机模型.采用专业电磁分析软件JMAG对无铁心直线电机电磁场进行了瞬态分析计算.以电磁推力及其波动为优化目标,分别计算了不同电磁参数对电磁推力及其波动的影响.利用瞬态分析进行电机优化设计,提高了电机设计的精度.     

基于ANSYS的新型结构永磁直线同步电机力性能研究

直线电机因具有高速、高精和高推力体积比等优势,在数控机床、高性能IC封装制造等领域受到越来越多的关注,然而因其结构上的原因而存在推力波动、齿槽效应和端部效应,已成为目前直线电机研究领域的重点对象。针对直线电机在端部的不连续所导致的端部效应,建立了一种新的动子结构,避免了端部效应导致的推力波动,并以有限元方法对该模型进行了分析与比较。研究结果表明,该新型结构直线电机在力性能上具有推力波动小的优点,可为直线电机结构优化提供参考。     

基于绕组函数的长定子直线同步电机建模研究

针对精确的直线同步电机数学模型建立困难的问题,提出了基于绕组函数法的长定子直线同步电机绕组电感的计算方法,并推导出了直线电机各电感参数计算公式,然后建立了相应的直线同步电机数学模型。此外,利用电感参数在Simulink里搭建了直线同步电机矩阵微分方程,通过仿真结果得到了三相电流、励磁电流和电磁推力波形。最后,基于长定子同步直线电机的结构尺寸建立了一对极有限元模型,定子绕组通入三相交流电,动子绕组通入直流励磁电流,通过设置适当的剖分,将得到的电磁推力和解析法的电磁推力进行了对比。研究结果表明,有限元分析法和解析法得到的电磁推力结果一致,从而论证了基于绕组函数法的直线电机数学模型建模方法,为以后的直线电机数学建模提供了参考。     

电动汽车用永磁同步电机的转子结构优化

为了改善电动汽车用V型内置式永磁同步电机的性能,通过使电机的转子外表面分段偏心得到不均匀气隙的转子结构,完成了电机的优化.基于二维电磁有限元仿真,得到最合适、最优的不均匀气隙转子结构;通过对转子外表面分段偏心的偏心距进行尺寸参数分析,得到不同的偏心距对电机的电磁性能的影响.优化后电机的齿槽转矩降低了55.04％,噪声降低了15.66 dB.结果表明转子外表面分段偏心的结构改善了电机气隙磁密的正弦性,提高了电机的空载反电势和输出转矩.     

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。     

永磁同步直线电机分数槽绕组谐波分析和齿槽力研究

介绍了永磁同步直线电机齿槽效应产生的原因,利用有限元法,对永磁同步直线电机谐波分量和齿槽力进行分析和仿真,运用傅立叶级数回归,求出各次谐波分量,分析结果表明,采用分数槽短距绕组方法可明显降低齿槽效应的影响。为进一步拟合出齿槽推力波动曲线,实现控制系统的推力补偿提供依据。     

永磁直线同步电机电流环矢量控制PI参数研究

永磁直线同步电机由于自身的结构特点,在驱动过程中会产生推力波动,严重影响电机的控制精度。电流环作为矢量控制系统的最内环,其控制结构参数的变化将直接影响电机的q轴响应电流。对PMLSM伺服控制系统的电流环PI矢量控制结构进行了理论分析,通过改变其PI参数对电机的响应过程进行了实验验证,获得了电机的q轴响应电流曲线,继而分析了响应电流对电机电磁推力波动的影响。     

直线电机系统的开发研究与应用

由清华大学完成的"直线电机系统的开发研究与应用"课题,在控制系统方面,构建了专用高推力永磁交流直线电机全数字伺服驱动控制的软硬件平台,实现包括位置环、速度环和电流环在内的全数字闭环控制,实践推力波动及伺服控制系统相关参数的辨识算法,探索克服高推力永磁交流直线电机固有的端部效应和齿槽力的补偿控制算法,最终完成高推力永磁交流直线电机的高精度全数字伺服驱动控制器的实验平台和原型样机.     

直线电机系统的开发研究与应用

由清华大学完成的“直线电机系统的开发研究与应用”课题，在控制系统方面，构建了专用高推力永磁交流直线电机全数字伺服驱动控制的软硬件平台，实现包括位置环、速度环和电流环在内的全数字闭环控制，实践推力波动及伺服控制系统相关参数的辨识算法，探索克服高推力永磁交流直线电机固有的端部效应和齿槽力的补偿控制算法，最终完成高推力永磁交流直线电机的高精度全数字伺服驱动控制器的实验平台和原型样机。     

DEPSO算法在永磁直线电机结构优化设计中的应用

将传统优化算法应用于直线电机结构优化设计时,传统算法的易早熟与收敛速度慢的缺陷降低了优化效率,并且由于直线电机特有的磁场效应,无法用解析方法准确计算推力波动。为此,提出一种粒子群和差分进化的混合优化算法(DEPSO算法)。该算法在粒子进化过程中,利用差分进化的变异、交叉和选择操作产生新的个体最优位置,优化粒子进化方向。将该算法与有限元数值分析相结合,对直线电机结构参数进行了优化。具体实例的试验结果表明,优化后磁阻力峰值显著下降,证明了DEPSO算法对解决此类问题的有效性。     

加油站用潜油电泵直驱永磁电机研究与设计

针对加油站加油系统中自吸式加油机存在管路铺设复杂、气阻现象导致加油机出油量下降甚至不出油的现象,使用潜油电泵直驱永磁电机代替传统的自吸泵,供电系统由单相市电经整流逆变转换为三相交流电实现电机驱动。基于潜油电泵直驱永磁电机进行额定参数选取,完成电磁方案设计,并利用Ansys Maxwell对电机进行二维场有限元仿真,对比不同极槽配合下电机空载气隙磁密、空载反电势,得出最优方案。对于少槽电机,采用梯形槽结构可以提高材料利用率,磁密分布更均匀。     

高推力永磁直线同步电动机电磁结构研究

介绍高推力永磁同步直线电动机的原理和特点,指出端部效应和齿槽效应会产生定位力及其波动,提出具有段间 移位的分段式轮换对称初级绕组和铁芯的电磁结构设计方案,分析该方案对端部效应和齿槽效应的消弱作用。分析结 果表明,该方案可以有效改善高推力永磁同步直线电动机的推力平稳性。     

Ansoft软件在无刷永磁直流电动机优化设计中的应用

本文利用Ansoft软件对无刷永磁直流电动机的主要电磁参数进行估算,确定电机本体的定转子结构参数和绕组参数后,利用RMxprt模块对电机进行优化设计。按照给定技术性能指标,通过对电动机的电枢绕组线径、极弧系数、气隙长度的分析,得到优化数据信息,确定了电机最优电磁参数结果。