用于电磁弹射的容错型初级永磁直线电机特性

提出一种应用于电磁弹射的新型双边容错型初级永磁型直线电机,该种电机具有次级结构简单的特点。首先,本文给出了电机的结构和工作原理。其次,在采用二维有限元对电机的静态推力特性分析基础之上,通过能量法对电机推力公式进行了推导分析,并且对电机的容错特性进行了分析。然后,采用瞬态有限元对电机在正常和断路故障下的推力变化进行了仿真分析,并对电磁弹射过程电机运行情况进行了仿真分析。最后,通过一个同比例缩小的小尺寸同类电机进行了实验研究,验证了电机的推力特性和容错性能。仿真和实验结果显示该电机具有高的推力密度、较小的推力波动和简单的控制策略,在电磁弹射系统应用中具有很好的前景。     

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.     

动圈式永磁同步直线电动机电磁推力波动分析

主要对动圈式永磁直线电动机进行推力波动分析,通过使气隙磁场波形和输入电流接近正弦波等措施降低电磁推力波动。利用ANSYS软件针对具体项目进行电磁推力波动优化设计,削弱电磁推力波动。     

基于非线性电感分析的永磁直线同步电机电磁推力特性研究

传统的永磁直线同步电机的电磁推力特性分析,一般采用恒定电感的分析模型,忽略了饱和效应和纵向端部效应。为了分析带负载情况下永磁直线同步电机的电磁推力特点,首先提出了一种考虑端部效应和饱和效应的非线性磁路模型。此模型不仅能计算稳态电感,还能计算电感的瞬态值。通过分析电感随电流、位置的变化规律以及三相电感不相等的现象,获得了基本的电感矩阵。经过dq变换和推力计算,得到了考虑饱和效应、位置变化和纵向端部效应的电磁推力公式。进一步发现直线电机的推力波动主要来自于饱和效应,并且波动的幅值与电流的2次方成正比。这意味着直线电机的推力特性随着负载的增加而恶化。最后采用齿形设计的方法,有效减小推力波动;采用电流环补偿的方法,使速度波动减小了70%。     

初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较

初级永磁型游标直线(LPPMV)电机具有低速、大推力输出特性,特别适用于直线直驱系统。设计合理的绕组连接方式可有效改善电机性能。首先根据电机的运行原理,针对一台6/2极LPPMV电机提出了4种不同的绕组连接方式;其次通过有限元法,比较了LPPMV电机在不同绕组连接方式下的特性,包括空载感应电动势、电感,并在相同铜耗条件下计算了绕组的总质量、电枢电流、推力、铁心磁通密度以及铁耗等,以此得到了不同绕组连接方式下电机的运行效率;最后折中选择了一种绕组连接方式,制造了样机,并通过实验验证了电机的性能。     

永磁同步直线电机电磁推力的谐波分量

分析矢量控制时，端部效应对永磁同步直线电机电磁推力谐波分量的影响，通过直线电机和旋转电机的实验数据比较，证明了理论分析的正确。     

磁路互补型模块化磁通切换永磁直线电机

新型模块化初级永磁直线电机的永磁体和电枢绕组都置于初级短动子,而次级长定子结构简单,仅由导磁铁心组成,若应用在轨道交通等长定子等场合,可大大降低系统成本。在深入分析现有电机结构特点的基础上,提出一种基于磁通切换原理磁路互补的新结构。结构的互补性使每相绕组的反电势更正弦、电机总的定位力更小。介绍了模块化初级永磁直线电机的结构特点和运行原理,并基于有限元法,研究了其静态特性,具体包括对空载和单相绕组通电时的磁场及气隙磁通密度、绕组永磁磁链、空载反电动势、定位力、绕组电感以及静态推力等,并分析了永磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。理论分析和样机实验结果验证了设计方案的正确性和有效性。     

永磁同步直线电动机直接推力仿真

利用Matlab／Simulink仿真软件,建立永磁同步直线电动机的数学仿真模型,同时搭建了一套永磁同步直线电动机直接推力控制算法的仿真系统。仿真实验结果验证了该永磁同步直线电动机数学模型的正确性和直接推力控制算法的有效性。     

无槽永磁直线同步电动机永磁体对电磁推力的影响

建立无槽式永磁直线同步电动机分层解析模型,以矢量磁位作为求解变量得到励磁磁场和电枢反应磁场的二维解。分析该电机永磁体结构对电磁推力的影响。用有限元法验证解析结果,两种方法所得结果吻合较好,表明方法可行。     

机床用永磁直线同步电机推力波动的优化设计

永磁直线同步电机正在越来越广泛应用在高精度数控机床上.推力波动是影响机床系统运动精度和定位精度的主要因素.因此减小推力波动是永磁直线同步电机优化设计的重要任务.以一台有铁心PMLSM为例,首先对端部效应力,齿槽效应力分别加以分析,通过优化初级长度,优化两个端部齿的形状,优化绕组形式,优化次级磁钢偏斜角度,并用Ansoft进行仿真,比较切向力和法向力的波动变化,最终以优化后的参数制作了验证样机.     

一种磁悬浮永磁直线电动机的电磁力特性

为消除直线电机数控机床进给系统的摩擦阻力,提出一种自身产生磁悬浮力的磁悬浮永磁直线同步电动机.从描述磁介质的分子环流假设出发,用毕奥-萨伐尔定理导出永磁体外部空间磁场分布的解析表达式,并基于由磁荷法和虚位移法给出的永磁体磁力数值积分公式,椎导出电机悬浮力波动的解析模型,说明斜极对电机悬浮力的影响.利用Maxwell 3D软件建立三维有限元瞬态分析模型,结果证明该磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生独立并可控的推力和悬浮力.进一步建立斜极结构下电动机的三维有限元模型,分析结果表明采用斜极结构可以有效的减小电机推力和悬浮力的波动.     

基于神经网络的永磁直线同步电动机推力波动补偿的仿真研究

通过分析永磁直线同步电动机推力波动机理(PMLSM)，指出引起PMLSM的推力波动的主要原因，并提出了在系统控制指令中叠加补偿指令的推力波动抑制方法。本文运用BP神经网络，建立了波动力估计模型，实现了波动推力补偿指令的计算。仿真结果表明该方案能有效地抑制PMLSM推力波动对系统的影响，具有很强的鲁棒性。     

五相 U 型永磁凸极直线电机对比分析

针对直线电机垂直提升系统(LMVHS)无绳化直驱运行,对高容错性、大推力密度的新型直线电机的迫切需求,提出一种五相U型永磁凸极直线电机(FU-PMSPLM),初级设置五相绕组以提高电机容错运行能力,次级永磁体采用U型结构以提高永磁利用率。首先,从降低漏磁角度,分析了U型磁极结构演化机理,并给出电机主要结构参数;其次,采用有限元法对比分析了电机次级永磁体采用U型与Halbach结构的电磁特性,并基于磁动势不变原则,以A相缺相故障为例,与三相U型永磁凸极直线电机(TU-PMSPLM)对比分析了容错性能;最后,制作实验样机并进行实验验证,样机实测与仿真结果基本一致。研究表明,等永磁体用量时,次级采用U型结构较Halbach结构,气隙磁通密度幅值增大13.89%,平均推力提高7.54%,推力波动降低25.07%;FU-PMSPLM较TU-PMSPLM具有更好的缺相运行能力。     

圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。     

永磁直线同步电机解析分析及有限元验证

针对永磁直线同步电动机具有边端效应、气隙不均匀、气隙磁场分布复杂、永久磁极几何尺寸难以确定的问题,给出了单段永磁直线同步电动机气隙磁场的二维解析分析,讨论了电机的各主要尺寸参数对气隙磁场和性能的影响,提出了永久磁极的设计原则和计算公式,分析了考虑饱和影响、计及边端效应时分段式永磁直线同步电动机的非线性、不对称、变化的自...     

改进的永磁同步直线电机直接推力控制策略

针对传统直接推力控制策略的瞬态响应慢和稳态误差大的问题,提出基于线性二次调节器的永磁同步直线电机直接推力控制策略,建立新型的多输入输出的空间状态电机模型,以定子磁链和推力作为状态量,设计线性二次调节器来获得线性状态反馈控制律,并用来取代传统的定子磁链、推力PI调节模块.通过增广的电机空间状态模型达到减小稳态误差和推力波动的目的.通过MATLAB/Simulink仿真,其结果表明,改进的控制策略可以得到更快的动态响应,同时具有减少推力、磁链脉动的效果,所设计的控制系统达到更好的稳态特性和动态特性,具有良好的控制性能.     

圆筒型永磁直线发电机的结构优化与特性分析

提出了一种基于Halbach阵列结构圆筒型永磁直线发电机的设计方案,详细阐述了该发电机的结构和工作原理,并且采用有限元法对发电机进行电磁分析。通过改变永磁体尺寸、比例系数以及定子齿宽等参数,得到并分析其对发电机反电动势之间的影响,进行电机优化设计。根据优化后的发电机对其负载特性进行了研究。应用冻结磁导率方法求取了电感参数,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的设计提供了理论依据。     

永磁同步直线电机电磁推力的分析

分析了端部效应对永磁同步直线电机电枢磁链的影响，推导了电流矢量控制时永磁同步直线电机的电磁推力。通过直线电机和旋转电机的实验数据比较，证明理论分析是正确的。     

Design of magnet arrays for permanent magnetic linear motor

An iron-less single side permanent magnetic linear motor structure is presented, and two-dimensional analytical formulae for its magnetic field are deduced to design the types of magnetic arrays, the thickness of permanent magnet, and the duty ratio of magnet arrays, etc. With certain design parameters, conventional arrays are used instead of a piecewise Halbach arrays, and the machining and assembling of the motor are greatly simplified. Calculation results coincide with that of ANSYS. The analytical formulae can be used in designing cored linear motors by modifying boundary conditions. A linear motor driven bench with a single degree of freedom is realized, where the travel reaches 27 mm, the mass of the moving parts is 1.4 kg, and the maximum acceleration is 11.5 m/s². __________ Translated from Journal of Xi’an Jiaotong University, 2007, 41(3): 353–357 [译自: 西安交通大学学报]