无轴承同步磁阻电动机径向力有限元分析

介绍了无轴承同步磁阻电动机径向悬浮力产生原理,给出其径向力数学模型,采用有限元法对电动机的磁场分布以及径向力和绕组电流之间的非线性关系进行分析与计算,研究磁饱和对径向力特性的影响,为无轴承同步磁阻电动机优化设计与有效控制提供了一些思路.     

无轴承永磁同步电动机永磁体参数优化设计

介绍了无轴承永磁同步电动机径向悬浮力产生原理。通过对比各种永磁体材料的性能和不同转子磁路结构特点,确定采用钕铁硼稀土永磁体,选择转子表面凸装式结构;从理论上分析了径向悬浮力与永磁体厚度、径向悬浮力绕组电流之间的关系;采用有限元方法,在考虑磁路饱和及非线性情况下,对实验样机径向悬浮力进行了计算和分析。研究结果对无轴承永磁同步电动机如何获得最大径向悬浮力以及电动机的优化设计具有参考价值。     

单相串励电动机换向火花与运行特性研究

采用二维瞬态有限元法计算了一台单相串励电动机的火花因数、运行特性以及径向力。首先采用解析法和二维有限元法相结合的方法计算了电机的换向电流,并计算出火花因数以及对应的火花等级,结果与实际相符。接着计算了单相串励电动机的机械特性和工作特性。然后采用麦克斯韦张量法计算该电机在不同电刷位移角下的径向力。最后,样机的实测值与计算值一致,验证了计算结果的有效性。     

基于Ansoft的磁悬浮开关磁阻电动机电磁力仿真计算初探

基于磁悬浮开关磁阻电动机运行机理和径向力数学模型,利用Ansoft/Maxwell 2D对实验样机进行了电磁径向力数值计算和磁场仿真研究,为精确描述磁浮开关磁阻电动机非线性数学模型、控制系统设计奠定了基础.     

永磁偏置径向磁轴承的原理分析与参数设计

为克服现有永磁偏置径向磁轴承的缺陷,研究了一种磁悬浮高速电动机用永磁偏置径向磁轴承,利用等效磁路法分析其结构及工作原理,得出了径向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其径向力-位移系数和力-电流系数。给出了磁极面积、控制绕组、定转子结构等主要参数的设计方法,并制作了实验样机,对样机进行了三维有限元仿真分析和动静态悬浮实验。理论研究和实验结果表明,该型磁轴承转子磁滞损耗小,结构紧凑,控制简单,悬浮性能良好,给出的参数设计方法合理。     

小型无刷直流电动机振动与噪声的研究

该文首先综述了无刷直流电动机的优点,比较了少槽小型无刷直流电动机的特点。给出了电动机相电势矢量图及绕组构成,分析了电动机径向不平衡电磁力产生的原因。然后对9槽无刷直流电动机电磁转矩进行了计算,比较了不同极数下电动机的转矩特性。利用磁场解析定量研究了具体电动机在矩形波驱动电流换相时的径向不平衡电磁力,比较了在产生相同电磁转矩情况下电机径向不平衡电磁力的相对大小关系,分析了对电动机振动及噪声的影响。最后利用超小型加速度传感器对样机径向振动进行了测试,在无音实验室对样机的噪声进行了测试。实验证明了计算分析结论的正确性,为小型无刷直流电动机的设计提供了参考。     

正弦波供电下永磁同步电动机径向电磁力波研究

径向电磁力是影响永磁同步电动机电磁振动噪声的主要原因。抑制永磁电机电磁振动噪声的方法为:1提高电磁力波次数;2降低电磁力波幅值;3使电磁力波频率远离电机的固有频率。本文分析了永磁同步电动机的径向电磁力波次数和频率,对力波次数以及不同磁场产生的力波频率所满足的规律进行了总结;并使用有限元法计算了两台电机的气隙磁场谐波,对由气隙磁场产生的低次数径向力波幅值进行分析,找出了产生低次数大幅值径向力波的磁场谐波源规律。     

基于解析法和有限元法的PMSM电磁力波分析

针对一款现代纺织用48槽8极整数槽永磁同步电动机(PMSM)进行磁场谐波理论和径向力波分析。采用解析法对合成气隙磁场、定子电枢绕组磁场、转子永磁体磁场进行谐波分析。利用解析模型与有限元模型的结合,对比分析了径向电磁力波次数,并设计了基于Python的预处理程序。在完全去解析化的情况下采用有限元法分析了电磁力波的幅值和频率。通过对径向电磁力波空间和时间分布上的进一步仿真,得出与力波次数表相同的谐波极对数,以及具体的力波幅值和频率。通过两者数据对比,验证了有限元法的正确性,同时可以快速、直观地定量分析电磁力波的幅值和频率,误差较小;清楚地观察径向电磁力波空间和时间分布的波动程度及波动位置,为初步判断电机电磁振动噪声的影响程度和后续减振降噪的优化设计奠定了基础。     

超声电动机模型分析的研究

针对超声电动机模型，第一次对其分析方法进行了对比分析，综合解析法（能量法）、有限元法和等效电路法的特点，建立了一套行之有效的行波超声电动机分析方法。并成功设计了专利产品－均压型行波超声电动机及其驱动控制器。该方法为超声电动机的驱动控制策略和控制方法的实现奠定了理论基础，为样机设计提供了实际经验，对我国超声电动机产业及其原材料的国产化作了有效探索。     

二自由度混合磁轴承设计与有限元分析

在阐述二自由度混合磁轴承工作机理的基础上,推导了其数学模型,设计了实验样机,并采用三维有限元分析软件Maxwell对之进行建模并仿真,分析了样机内部磁场关系,验证了二自由度混合磁轴承悬浮原理,计算了径向力与位移以及径向力与控制绕组电流之间关系,得出磁轴承的最佳工作范围,并采用Matlab/Simulink进行仿真实验研究。研究结果表明:该设计的磁轴承能够稳定悬浮,并具有较好的控制性能。     

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.     

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 the 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. It was found that radial forces are efficiently produced by employing thin permanent magnets on the surface of rotor iron core. A test machine was built in order to measure inductance functions as well as relationships between voltages and currents     

计及偏心及洛仑兹力的永磁型无轴承电机建模与控制研究

对转子偏心情况下永磁型无轴承电机中2种磁悬浮力的产生机制进行了深入的理论分析和数学建模；特別揭示了转子偏心、转矩绕组磁场对悬浮力控制及悬浮绕组磁场对转矩控制的耦合影响；提出一种实用的悬浮力及转矩控制方案，并通过在一台表面贴装无轴承永磁同步电动机上进行的实验验证了其有效性和实用性。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响有效的提高了无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度，极大的拓宽了其应用领域。     

无轴承永磁同步电机有限元分析

无轴承永磁电机径向悬浮力与电机绕组结构、永磁体厚度及悬浮力绕组中电流等存在着复杂关系，研究这些关系对电机优化设计具有重要参考价值。该文在介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上，推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法，讨论了无轴承永磁同步电机在定子绕组相应等效电流作用下，改变径向悬浮力绕组中的电流，电机气隙磁路分布状况；在电机气隙不变，改变永磁体厚度，计算和分析了径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系；在电机转矩绕组极对数pM=2不变的情况下，对径向悬浮力绕组采用一对极pB=1和三对极pB=2方式绕制，计算和比较产生的径向悬浮力和麦克斯韦力大小。对pM=2，pB=3的实验样机，在静态悬浮状态下，测试了径向悬浮力和径向悬浮力绕组电流之间的关系，实验结论验证了ANSYS软件计算结果的正确性。     

不同转子结构无轴承电动机的磁悬浮力分析与计算

对具有不同转子结构 (感应式、永磁式和磁阻式 )无轴承电动机的磁悬浮力进行了分析。基于磁场能量虚位移原理 ,提出了一种通用的无轴承电动机磁悬浮力计算方法 ,并对其计算精度用ANSYS软件计算结果进行了验证。利用所提出的方法 ,对具有不同转子结构无轴承电动机的磁悬浮力进行了计算与对比分析     

永磁无刷直流电动机场路耦合运动时步有限元分析

提出一种适用于永磁无刷直流电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法，解决了电机在非正弦供电时的场路耦合分析问题。电路中考虑了开关元件换流重叠过程和绕组中点的电位波动。给出了控制电路与电磁场方程耦合的时步有限元单元分析方法，采用改进的有限元运动边界处理方法--插值运动边界法解决转子运动问题。应用上述模型对1台无刷直流电动机的进行分析，计算结果和样机的实测波形吻合。该方法也适用于其他非正弦供电电机的场路耦合有限元分析。     

交替极永磁无轴承电机的直接悬浮力控制

通过借鉴永磁同步电机直接转矩控制(PMSM-DTC)的思想,将直接转矩控制的理论和方法应用到永磁型无轴承电机磁悬浮力的控制上去,提出了一种新颖的基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的直接悬浮力控制算法,并在一台交替极无轴承永磁电机上进行了实验验证,结果表明该控制思想的正确性和有效性。     

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。     

新型交替极无轴承永磁电机的原理与实现

传统永磁型无轴承电机悬浮力和转矩控制存在耦合，该文对一种新型交替极转子结构的无轴承永磁电机的磁悬浮原理进行了深入分析和数学建模，指出该类型电机所具有的独特的悬浮控制和转矩控制解耦的特点，并构建了无轴承交替极永磁电机的实时控制系统。实验结果表明实现了该新型无轴承永磁电机的动、静态稳定悬浮，验证了悬浮与转矩控制解耦的特性。