减小法向力波动永磁同步直线电动机优化设计

高速高精度机床直线进给系统用永磁直线同步电机(PMLSM)存在法向力波动的问题,法向力波动会造成进给工作台振动,影响精密机床的加工精度和定位精度.分析表明,磁阻力波动是产生法向力波动的主要原因.采用初级齿槽两次倒角优化和次级斜极相结合的方法来减小磁阻力波动.应用有限元方法对齿槽结构和斜极角度进行优化,计算优化后的电动机参数,并使用分层有限元分析方法进行仿真计算.仿真结果表明,采用该优化方法的永磁直线同步电机可在推力损失较小的情况下有效抑制法向力的波动幅值.     

凹型端齿削弱永磁直线电机端部力波动方法

结合端面磁通函数和虚位移法推导PMLM端部效应产生的单端推力波动和法向力波动的解析表达式,揭示端部效应引起的推力波动和法向力波动的规律。通过对傅里叶级数的分析,提出反相位补偿原理的凹型端齿结构,该结构能消除推力波动和法向力波动的奇次谐波,解决传统的优化动子长度削弱推力波动但带来电机纵向"俯仰运动趋势"的缺点,同时还能消除动子横向"俯仰运动趋势"。最后以齿槽效应较弱的12槽11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削弱端部效应产生的法向力波动和推力波动。     

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。     

永磁同步直线电机磁阻力优化设计

磁阻力是影响直线电机推力波动的重要因素,基于傅里叶级数法进行了齿槽力的解析式推导,依据理论解析式,通过削弱磁阻力的谐波幅值进行磁阻力的抑制。首先分别建立8极9槽和拆槽后直线电机有限元模型进行仿真,验证了理论解析的正确性;然后研究了端部齿相对次级永磁体不同位置时对磁阻力的影响,通过优化端部齿进行端部力的削弱。和初始模型相比,优化后的直线电机磁阻力降低了62.9%,推力波动降低了77.1%,为直线电机的设计提供了参考。     

永磁直线同步电机的推力波动分析

为改善高档数控机床进给系统用永磁直线同步电机的伺服性能,需要研究减少推力波动的技术措施。文章分析了永磁直线同步电机推力波动的机理,指出齿槽效应、端部效应及法向力是引起永磁直线同步电机推力波动的主要原因。     

基于极弧系数选择的直线电动机法向力波动削弱方法

齿槽效应是直线电动机产生法向力波动的主要原因之一。为削弱齿槽效应产生的法向力波动,本文提出了基于麦克斯韦张量法和和傅里叶分解的解析分析方法,明确给出了在电枢开路的情况下齿槽效应产生的法向力波动的解析表达式。以此为基础,研究了基于不同极弧系数选择对直线电动机法向力波动的影响,并提出了极弧系数对法向力波动的确定方法。通过该方法,可以轻松地确定法向力不同极槽配合下的的最佳极弧系数,进而削弱法向力波动产生的影响,最后经过有限元验证,证明该方法是正确有效的。     

永磁直线同步电机推力波动约束

由齿槽力、边端力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)动态性能的主要因素。为了实现高速精密直接驱动系统,通过对PMLSM进行有限元分析建模,分析了齿槽力变化规律,利用傅里叶级数拟合得到齿槽力变化曲线;设计了齿槽力电流预测控制模型,对齿槽力引起的推力波动进行补偿;同时设计了扰动观测器对其他因素引起的推力波动进行补偿,进一步削弱了推力波动。最后,通过实验验证PMLSM推力波动补偿控制系统的有效性,补偿后电流和速度的波动都得到了很大改善,能够实现较高精度的直接驱动系统。     

永磁直线伺服电动机磁极形状对法向力波动分析

采用改变磁极形状及变极弧系数来减小负载情况下磁阻力波动。应用傅里叶回归分析法分解出电动机优化参数,并使用有限元分析方法进行仿真计算。仿真结果表明,采用该优化方法的永磁直线同步电动机可在推力损失较小的情况下有效抑制法向力的波动幅值。永磁直线同步电动机相对于直线感应电动机和直线直流电动机具有效率高,次级发热少,     

低速永磁直线电机优化设计及仿真

传统的直线电机在恒低速运行时,需要采用与控制设备相结合的方式或采用复杂的工艺结构,从而导致成本大幅增加。针对上述问题提出了低速永磁直线电机,并给出电机结构和基于磁路、技术指标下,结合直接搜索算法的电机最优设计。并通过建立电机三维有限元模型,显示出永磁体工作点和气隙磁场特性符合磁路设计要求,验证了电机结构的有效性,为该电机的优化设计提供了依据。     

永磁直线振动电机的优化设计

对一种用于小型空气压缩机的动圈式直线往复振动电机进行了优化设计研究。分析中 ,使用了轴对称有限元法 ,并考虑了系统的非线性特性。所得结果与实测值具有较好的一致性     

基于V型三段磁极错位削弱永磁直线电机推力波动的方法

6槽7极单边平板型永磁同步直线电机(PMLSM)运行过程中会产生推力波动,导致机床加工精度变差.针对此问题,提出一种将磁极错位与V型磁极相结合的优化方法来改善其性能.首先采用许克变换法对端部磁场进行分析,得到由端部效应引起的总推力波动解析表达式,再对解析式中傅里叶系数进行分析,得出端部效应引起推力波动的主要谐波次数;然...     

永磁同步直线电机建模及混沌搜索优化设计

建立了永磁同步直线电机的电磁场有限元物理模型,以此对气隙磁密波形畸变率进行了深入的分析。通过电机参数样本空间设计,利用正交试验设计方法进行非线性回归建模分析,给出了气隙磁密波形正弦度可行的电磁方案。基于混沌搜索理论和适应函数对永磁同步直线电机结构参数进行优化。仿真结果表明,在此结构参数基础上,电机磁极偏移后其三相反电势依然有较好的对称性,为永磁同步直线电机及其他的电磁工程设计提供了一种新的思路。     

直线伺服电机法向力分析

法向力是影响直线伺服电机运动性能的主要原因之一。采用有限元分析的方法对直线伺服电机的两种法向力进行分析,分析了推力、法向力与气隙长度的关系。通过采用傅立叶级数进行非线形回归分析,得到电机初级与次级之间法向力的公式。在实际应用中,可以利用得到的公式对推力波动进行补偿,提高直线伺服电机的运动性能。通过增加直线伺服电机底板厚度来解决机床隔磁的问题。     

低速大力矩圆筒永磁直线电机齿槽力优化

首先用有限元分析来说明该文所研究的圆筒永磁直线电机推力波动主要是由齿槽力引起的。为削弱该电机的齿槽力,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,研究了对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。利用有限元法对其验证,通过抽油机实际测试,证明文中提出的方法是正确有效的。     

永磁同步直线电机单齿切向电磁力分析

永磁同步直线电机是新一代高效高精度电子设备、数控机床等机电产品中最具代表性的先进电机技术之一。构建了永磁同步直线电机模型,不考虑边缘效应,建立了电机初级齿部所受单齿切向电磁力数学模型,并利用有限元分析软件对电机单齿切向电磁力和局部齿槽电磁力进行仿真计算。最后利用ANSYS Workbench平台对电机的模态和振动加速度进行计算,验证了切向电磁力在振动分析中的重要性。结果表明,局部齿槽电磁力波动是单齿切向电磁力产生振动的重要原因,通过合理调整电机初级齿部磁场分布,可以有效减小电机的振动,为该类电机的设计和优化提供了参考。     

基于分块永磁磁极的永磁电机齿槽转矩削弱方法

基于齿槽转矩的周期性以及永磁磁极与槽口相对位置的不同对齿槽转矩分布的影响,采用叠加法研究了分块永磁磁极削弱齿槽转矩的方法。该方法无需计算永磁分块导致的复杂的气隙磁通密度分布,而基于不同分块之间与槽口相对位置的变化导致的不同的齿槽转矩的分布,通过合理选择永磁分块数、分块宽度及分块间隔,可使得不同分块产生的齿槽转矩相互抵消,从而有效地削弱齿槽转矩。针对每极整数槽和非整数槽结构,推导得到了永磁分块数、分块宽度以及分块间隔之间关系解析表达式。有限元计算表明,本文得到的确定方法可有效地削弱齿槽转矩。     

磁极偏移削弱永磁电机齿槽转矩方法

研究了永磁电机磁极偏移对齿槽转矩的影响,发现当每极槽数不为整数时,磁极偏移会引入新的齿槽转矩谐波.因此要通过磁极偏移减小齿槽转矩,除了减小永磁体对称时存在的齿槽转矩谐波外,还要减小新引入的低次谐波.为解决现有的永磁体偏移角度计算方法存在的不足,本文推导了磁极偏移时齿槽转矩的表达式,提出了确定永磁体偏转角度的新方法.有限元计算结果表明:与现有的方法相比,本文提出的磁极偏移角度计算方法得到的偏转角度对原有齿槽转矩谐波以及新引入的低次谐波都有较好的削弱作用,因此能较好地减小齿槽转矩.     

多边形组合式永磁直线电机边端力削弱方法

在低速大推力直线驱动领域,针对平板型永磁直线电机体积过大导致电机制造复杂和维护困难的问题,介绍了一种多边形组合式永磁直线同步电机（PCPMLSM）。沿着圆周方向叠片的PCPMLSM减小了涡流效应。利用三维有限元方法（FEM）对1台20极24槽的PCPMLSM进行了分析。针对该结构电机存在的边端力导致电机定位精度受限和推力特性恶化问题,分析了端部磁通不对称造成的单端边端力非周期变化规律,采用与初级铁心交链的磁极数为奇数和偶数时的单端边端力平均值的方式削弱此现象。在此基础上,提出采用优化初级铁心长度和各边的边端齿不等宽错位相结合的方法来削弱边端力。最后通过FEM验证了此方法的有效性。     

动磁式永磁无刷直流直线电机的齿槽力最小化

为提高永磁无刷直流直线电机的性能，必须研究减小其齿槽定位力(齿槽力)的技术措施。根据电磁弹射系统需要推进大质量载荷的要求，提出了1种大推力的动磁式永磁无刷直流直线电机模型。用有限元方法计算了磁极端部与定子齿槽相互作用形成的3种齿槽力分量，由傅里叶变换得到了各分量的功率谱。在对各分量进行频谱分析的基础上得出了产生齿槽力的主要原因是电机推力的二次谐波这一结论，提出了优化磁极宽度以减小齿槽力的方法。对优化设计后的电机模型进行了有限元计算和频谱分析，分析显示该电机模型推力的二次谐波已被大大削弱。计算了不同磁极宽度情况下的电机推力，结果表明采用该方法可以有效减小电机的推力波动。     

直线永磁磁通切换电机推力脉动抑制方法分析

直线永磁磁通切换(LFSPM)电机功率密度高,定子结构简单可靠,在长行程直线牵引场合具有很大的应用潜力。然而很多应用场合在要求直线电机具有高推力密度的同时也能够呈现较低的推力脉动。因此研究推力脉动的产生机理以及抑制方法是提升LFSPM电机应用潜力的重要手段。利用有限元软件对抑制不同成因推力脉动的方法以及这些方法的组合效果进行仿真比较,比较过程中,给出了一种的步进(错齿)位移选择方法,基于该方法,各结构在减小推力脉动的同时可以有效兼顾电机的输出推力平均值。最后对比较结果进行了分析和总结,得出有价值的结论。