次级非中心位置工况双边直线电动机有限元分析

在理想工况下双边型直线感应电机运行时,次级处于电机中心位置,由于曲线行程和振动等原因,初级会发生不同程度的横向偏移导致次级偏离中心位置,从而电机力特性发生较大变化。通过建立短初级双边型直线感应电机三维解析模型,给出了直线感应电机的数值计算方法和边界条件,获得初级不同偏移程度下直线电动机推力和法向力的表达式。对该工况下的直线感应电机进行三维有限元仿真,得到不同偏移程度下气隙磁场、推力和法向力的特性,分析了同一偏移下频率对非磁性次级电机的磁场和法向力影响。结果表明,随着初级偏移程度不断增大,气隙磁场的磁感应强度略有下降,而抑制偏移的法向力和推力逐渐增大。     

不同槽配合格栅型直线感应电机电磁特性研究

为了削弱横向边端效应,增大电磁推力,提出格栅型次级作为直线电机新型的拓扑结构。依据电磁场理论,采用有限元分析方法,建立了两类格栅型次级直线感应电机的有限元模型,在瞬态场下,分析了格栅型次级直线感应电机在不同初次级的槽配合时,两类格栅型次级直线感应电机推力、法向力的变化以及波动,对比分析了格栅型次级板与平板型次级的涡流分布以及横向气隙磁场的分布。考虑法向力的影响,计算了在合适槽配合下格栅型次级直线电机的净推力特性,同时得出了两类次级结构产生电磁推力和法向力随速度的变化曲线。通过以上的有限元分析,为直线感应电机优化设计提供了理论参考。     

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。     

直线感应电机间接磁场定向悬浮牵引联合控制

基于气隙磁密分析,建立了适用于间隙变化的直线感应电机动态数学模型以及推力和法向力表达式.针对直线感应电机的运行状况,分析了法向力的排斥力分量和吸引力分量的特点,提出了一种新颖的基于间接次级磁场定向的推力、法向力独立控制策略.仅仅依靠单边直线感应电动机,实现了静态和动态稳定悬浮、以及悬浮状态下的稳定牵引运动,并在一台直线感应电机模型车辆上进行了实验.实验结果表明,提出的解耦控制方案对直线感应电机的悬浮牵引联合控制具有良好的效果.     

考虑后退行波的长初级双边直线感应电机电磁性能计算

根据一维电磁场理论建立以次级板为运动参考坐标系的长初级双边直线感应电机(DLIM)解析模型。首先推导气隙磁通密度在实数域的表达式,分析端部效应引起的前进和后退行波磁场的时空分布特点及其对基波气隙磁场的影响;然后推导考虑前进和后退行波磁场的电机推力密度和稳态推力表达式,分析推力密度在次级板纵向的分布特点、各电磁推力分量随速度的分布特征以及端部效应对总电磁推力的影响;最后建立电机的有限元模型,对电机的气隙磁场分布和不同频率下推力特性进行计算,并与解析计算的结果对比,证实解析计算方法的准确性,为长初级DLIM的初始设计和后续优化提供理论依据和方法。     

采用不同次级结构的单边直线感应电机性能分析

为研究直线感应电机特性受次级的影响程度,采用瞬态有限元方法对四种不同次级材料和结构的直线感应电机进行了分析,并对四种直线电机的堵动特性及机械特性进行了对比。分析结果表明,钢铜平板复合结构的直线感应电机在相同电负荷时,具有较大的电磁推力输出和较小的法向力,是应用于直线轨道交通的最佳选择。     

双边型长初级直线感应电机电磁推力特性研究

针对电磁弹射及空间实验系统用双边型长初级直线感应电机(doublesidedlongprimarylinearinductionmotor,DSLPLIM)的电磁推力特性,首先根据电磁场理论,通过对初级行波电流层和次级电流的微分运算,推导出计及端部效应的直线感应电机气隙磁密的解析表达式,同时,依据洛伦兹力公式,推导出直线感应电机平均电磁推力的解析计算表达式;其次,为削弱端部效应引起的推力波动,采用发卡式全填充绕组以改善直线感应电机气隙磁密分布的正弦性(减小推力波动),同时为提升电机的电磁推力,改进现有次级板开槽结构,实现涡流路径的优化;最后,针对发卡式绕组和次级板开槽2种改进,利用推导的解析计算公式和3D有限元仿真软件,分别计算双边型直线感应电机的气隙磁密分布和电磁推力特性曲线。对比分析表明:发卡式全填充绕组的使用不仅能削弱直线感应电机的推力波动,还能有效提升电磁推力的大小,提高直线感应电机的运行性能;改进次级开槽结构可有效提升电机的电磁推力,增大推力密度。     

磁路互补型横向磁通切换直线电机电磁推力计算与特性分析

有铁心永磁直线电机由于齿槽、边端效应及电枢电流谐波等,不可避免地会产生较高的电磁推力波动,电磁推力波动直接影响直线电机运行精度和平稳性。该文对具有磁路互补特征的横向磁通切换直线电机展开电磁推力特性研究,通过等效磁路法分析其磁场分布规律,得出该电机次级具有等磁位的电磁特性;基于气隙磁动势-磁导分析方法,揭示互补磁路条件下,该有铁心电机消除齿槽推力波动,实现有铁心电机无齿槽效果的机理;基于该电机磁场分布特征,建立其许-克变换气隙磁场计算模型,提出定位力、电枢绕组磁阻力及永磁推力等电磁推力快速准确的计算方法,获得该电机各电磁推力特性;对样机进行了空载感应电动势和电磁推力的测试实验,对比实验和仿真结果,验证了理论分析模型及计算方法的有效性和准确性。     

新型钢次级弧形直线感应电动机法向力研究

提出一种新型钢次级弧形直线感应电动机,采用多层行波电磁场理论建立该电机的区域模型,推导出法向力计算公式,建立该钢次级弧形直线感应电动机三维瞬态有限元仿真模型,仿真结果与解析计算结果相吻合。并与同参数的扁平形钢次级直线感应电动机作比较,结果表明这种钢次级弧形直线感应电动机在不改变推力的前提下能够减少法向吸力,提高推力与吸力比值,为该类电机的性能计算、优化设计奠定理论基础。     

开辅助槽对永磁直线伺服电机法向力波动的影响

单边平板型有铁心永磁直线伺服电机(PMLSM)由于具有推力大,功率密度高的特点,是目前应用最为广泛的一种直线电机,但由于齿槽效应、端部效应及磁场谐波的影响,电机在运行过程中初、次级之间存在较大的法向力波动,其中齿槽效应引起的法向力波动一方面以摩擦力扰动的形式引起切向推力的波动,另一方会面引起机床的振动。为此,采用Maxwell stress tensor推导初级边齿无限长永磁直线电机空载齿槽法向力的解析表达式,通过对整数槽和分数槽PMLSM法向力波动谐波分量的分析,得出电机初级齿开辅助槽对齿槽法向力波动谐波次数和谐波幅值的影响规律。利用Ansoft Maxwell有限元软件对单边永磁直线电机开辅助槽前后的法向力波动情况进行仿真分析,仿真结果与解析结果基本一致,验证了解析分析方法的正确性,为削弱PMLSM法向力波动提供了理论指导。     

直线感应电机推力和法向力的解析计算与分析

针对直线感应电机特有的边缘效应对气隙磁场引起的畸变以及法向力不易解析计算的问题,通过电磁场分析量化表征纵向边缘效应对磁场的负面作用,并使用有效初级绕组相感应电势的方式得到等效系数.对导磁层和导电层的横向边缘效应,分别给出了相应的修正系数.给出计算直线感应电机运动方向磁密与法向力的解析方法.仿真计算与实验结果的比较表明:该方法能够准确定量计算不同气隙和供电频率下的推力和法向力的变化曲线,通过推力与速度、推力与气隙、法向力与速度等曲线,计算方法物理意义明确、计算简单,能够满足工程计算的需要.     

注入谐波电流的长初级双边直线感应电机推力波动优化研究EI北大核心CSCD

长初级双边直线感应电机(DLIM)的端部效应会引起推力波动,影响电机稳定运行。为降低电机推力波动,采用注入谐波电流方法抑制纵向端部效应引起的两倍滑差频率的推力波动,推导出注入谐波电流后电机气隙磁密和电磁推力的解析表达式。求解出使推力波动分量的合成结果为0时,应注入谐波电流频率、相位、幅值的表达式,并分析注入谐波电流对气隙磁密、推力特性的影响。最后建立长初级双边直线感应电机的有限元模型,仿真计算注入谐波电流的相关参数,分析比较注入谐波电流前后气隙磁密和推力特性,并将仿真结果与解析计算结果对比,二者具有很高的一致性。结果表明注入谐波电流可大幅降低推力波动,为长初级双边直线感应电机推力波动的优化研究提供理论依据。     

大气隙直线感应电机的力特性分析

大气隙直线感应电机（气隙长度大于10mm）目前已经在地铁、轻轨中得到了很好的应用,在过山车、海盗船等大型游乐设备中也有很好的应用前景,其推力与法向力特性对系统性能很重要.该文介绍了该类电机的结构与设计所用的传统等值电路.通过实验证明,等值电路对计算电流与推力仍然有效,而法向力的计算与纵向边端效应对气隙磁场的影响则需要建立在有限元数值分析方法基础上;在此模型基础上分析了推力、法向力与电机初级电流大小、电流频率、气隙长度之间的关系.结果表明大气隙直线感应电机的法向力与推力之比小于普通直线感应电机,因此法向力基本不影响应用系统.该文的结论为此类电机的设计与应用提供依据.     

并联双边直线感应电机次级定向控制

双边长初级直线感应电机初级模块并联联接,并由单逆变器供电是一种有效的直线驱动方式。为提高电机整体推力性能,提出一种基于次级整体磁链定向的矢量控制策略。首先,给出并联各直线感应电机模块的动态模型,推导出控制过程中并联电机模块总励磁电流和推力电流的计算方法。在此基础上,依据并联直线感应电机模块运行时各电机的耦合因数和次级的实时速度,进行次级磁场定向,实现并联直线感应电机次级磁场和推力的协同控制。仿真分析和实验结果表明,所提次级磁场定向控制方法能有效克服既有磁场定向控制时的推力波动问题,提高并联电机模块整体推力的平稳性。同时,该方法能提高并联直线感应电机运行时的功率因数,降低所需逆变器的容量。     

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。     

次级对直线感应电动机性能的影响

为了研究直线感应电动机次级材料和厚度对电机性能和气隙磁密的影响,采用有限元方法,建立了电机的电磁场计算模型,研究电机的起动及运行过程.在数值计算的基础上得到电机的磁场分布,对气隙磁密进行谐波分析,得到了随着次级板厚度减小,气隙磁场增强,谐波含量较小的变化规律,并在电磁气隙不变的情况下,分析次级厚度及材料变化时对电机推力的影响,即随着次级板厚度及次级电导率减小,电机起动推力减小.实验结果验证了该电机计算模型的正确性.     

次级边缘漏感对高速直线感应电机性能的影响

由电磁场的基本理论并结合磁场能量法,导出了高速直线感应电机次级的边缘等效气隙和边缘漏感的解析公式。通过考虑次级边缘漏感集总参数模型,分析得到该漏感对电机特性的影响规律。利用Maxwell3D软件建立三维有限元分析模型,得到了电机的电磁推力曲线。设计试验用原型样机进行试验,验证了所求次级边缘漏感参数计算公式的有效性和实用性。     

单边直线感应电机复合次级对牵引力影响

单边直线感应电机通常采用复合次级来提供较大的牵引力和较小的法向力。通过对单边直线感应电机牵引力计算公式的分析,找到复合次级与牵引力的关系,提出一种能提高电机效率的多阶段变化次级铝板厚度方案。该方案通过改变次级铝板厚度来实现各种运行速度下的最大牵引力。采用有限元仿真出次级轭铁、次级铝板对牵引力的影响,仿真出多阶段变化次级铝板厚度方案提供的最大牵引力,并与固定复合次级方案进行比较,验证多阶段变化次级铝板厚度方案的优越性。     

双初级耦合直线感应电动机电磁参数计算

为提高可靠性和冗余性,可将直线感应电动机的初级按照上下方向布置m台并联运行,共用1个次级,即使1台初级发生故障,也可通过其他m?1台初级完成预先设定的任务。该文对双初级耦合直线感应电动机(m?2)的模型及参数进行研究,分析双初级的磁场耦合、次级感应涡流耦合等电机特殊结构对电机电磁参数的影响,并推导得到各个电磁参数,尤其是耦合参数的解析表达式,在此基础上对不同工况下的端口电压、电磁推力等性能进行分析计算,并进行试验验证。计算和实测结果表明,端口电压计算和实测误差为11%,推力计算和实测误差为9%,验证该型特殊结构电机电磁参数计算方法的正确性。     

分数槽集中绕组无铁心永磁直线同步电机推力分析

为实现应用于步进扫描投影光刻机中长行程直线电机的高推力密度、低推力波动等要求,研究叠放和非叠放两种分数槽集中绕组的无铁心永磁直线同步电机推力特性,在建立空载气隙磁场分析模型的基础上,推导叠放和非叠放两种绕组形式的电机空载感应电动势、电磁推力和推力密度的解析式,分析永磁体和初级绕组的结构尺寸对电磁推力的影响规律。通过实例分析,比较推力的解析法计算结果、有限元法仿真结果和实验测试值,证明解析法的合理性。同时,分析比较不同极槽比组合的叠放和非叠放分数槽集中绕组的电机电磁推力和推力密度的大小。结果表明:少极多槽极槽比的叠放分数槽集中绕组形式电机产生的电磁推力与推力密度更大。