等间距磁极分段PMLSM磁场及其磁阻力分析

为减小永磁直线同步电机(PMLSM)的磁阻力,提高其稳定运行性能,依据PMLSM结构特点,采用对每极下永磁体等分段后再等间距依次排列方法减小磁阻力.建立磁极分段的解析模型,用解析法计算等间距磁极分段时的气隙磁密,分析分段数与气隙磁密之间的关系.确定合理的磁极分段数与电机齿槽力之间的关系,使不同磁极分段产生的齿槽力相互抵消来减小齿槽力,在此基础上,通过在电枢端部特定位置处添加辅助极铁心方法来补偿端部力.有限元结果分析表明,合理选择分段数可使齿槽力明显减小,且使端部力有一定程度减小,进一步采用辅助极后,很好地消弱了端部力.     

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。     

V-型端齿削弱永磁直线电机端部磁阻力波动方法

动电枢型永磁直线电机由于铁心开断,在两个纵向端部产生了较大的磁阻力波动,降低了系统的伺服性能。该文根据端部磁阻力的特征,提出电枢铁心V-型端部结构消除纵向端部磁阻力波动的方法。通过对V-型端面微元化推导端面磁阻力的合力,总结V-型深度对端部磁阻力波动的影响规律。为简化生产工艺,分析阶梯结构的准V-型端齿削弱端部磁阻力的可行性。最后,以齿槽力较小的12槽11极电机进为例,采用有限元仿真和实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

永磁直线同步电机磁阻力最小化研究

依据永磁直线同步电机磁阻力产生的原理,针对2极三槽电机,分析了其边端效应,在此基础上,考虑到齿槽效应引起的齿槽力.提出了优化初级铁心长度和初级铁心端部形式的磁阻力最小化方法.有限元分析和验证了动子铁心和边端齿的最佳长度.结果表明本文提出的磁阻力最小化方法是可行的,减小了电机的推力波动.     

直驱波浪发电用圆筒型永磁直线电机的磁阻力最小化分析

圆筒型永磁直线发电机(TPMLG)广泛应用于直驱式波浪能发电装置中以提能量转化效率,但由边端力、齿槽力等引起的磁阻力波动是影响永磁直线发电机运动性能及整个能量装置稳定性的主要因素。首先运用傅里叶级数与数值分析相结合的方法对TPMLG边端力进行分析,提出优化动子长度降低边端力的原理与方法;其次,在旋转电机磁场能量计算方法的基础上对TPMLG齿槽力的计算公式进行推导,得到TPMLG齿槽力波动统一公式;最后采用有限元方法(FEM)建立PMLG磁阻力分析模型,在电机不同槽距与极距的匹配情况下,对电机的磁阻力进行仿真分析与验证,得到电机的槽距和极距的最优尺寸。优化理论及仿真分析方法可以指导TPMLG的设计与研究。     

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。     

一种减小动圈式永磁无刷直线电动机磁阻力方法研究

在不考虑齿槽力的情况下,依据永磁直线电机磁阻力产生的原理,针对两极三槽动圈式永磁直线无刷直流电机(LPMBDCM),采用傅立叶变换法分析了电机的边端效应;在此基础上提出了通过优化初级铁心长度和端部形式使磁阻力达到最小化方法.利用电磁软件Magnet验证了最优动子铁心长度以及动子边端齿的长度;结果表明所提出的磁阻力最小化方法是可行的;减小了电机推力波动范围,提高了运行稳定性.     

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。     

槽口宽度对分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩的影响

基于分数槽集中绕组永磁电机齿槽转矩产生的机理,运用能量法和傅里叶分解推导出分数槽集中绕组永磁电机的齿槽转矩解析式,确定气隙磁导平方的傅里叶分解系数与槽口宽度之间的相互关系,得到抑制齿槽转矩的槽口宽度计算方法。借助于Ansoft有限元软件,仿真分析不同极槽配合的永磁电机槽口宽度对齿槽转矩的影响。仿真结果表明,整数槽永磁电机的齿槽转矩随槽口宽度的增加而增加;分数槽集中绕组永磁电机选择合适的槽口宽度可显著抑制齿槽转矩,改善电机的转矩品质。采用有限元仿真与解析法两种计算方法,得到的齿槽转矩随槽口宽度变化的规律是相似的,验证了解析式的有效性,为精细化设计提供了依据。样机测试结果与有限元仿真值基本吻合,进一步验证了仿真方法的正确性。     

永磁同步直线电机磁阻力分析及抑制措施

以某机床用永磁直线电机为例,分析了永磁直线电机磁阻力产生的原因,通过解析公式推导得到了最小端部力下的初级长度计算公式,利用此公式可以初步估算端部力较小时直线电机的初级长度,并且通过有限元和样机实验两种手段验证了初级长度计算公式的可用性;基于分磁环理论,通过有限元法,建立了直线电机的计算模型,对其磁阻力进行了分析计算,并利用样机实验进行了对比验证,得出在初级端部贴铁块可以进一步削弱端部力。本文通过实验证实这两种方法对削弱直线电机磁阻力是有效的,结论可为永磁直线电机磁阻力的削弱提供抑制措施。     

附加磁极法优化永磁直线电机定位力

介绍了一种带一附加磁极的新型永磁直线电机。通过建立基于侧向力的永磁直线电机磁阻力的分析模型,得到了基于端部效应的附加磁极的磁阻力的公式。利用Maxwell Ansoft软件建立了基于8极9槽的永磁直线电机有限元模型,仿真结果证明带附加磁极的永磁直线电机对磁阻力的优化有着显著的效果。     

分段式永磁直线同步电动机的磁阻力

针对驱动垂直提升系统的分段式直线同步电动机磁阻力大的问题,利用磁场能量解析分析由于齿槽存在和铁心开断引起的分段式永磁直线同步电动机的磁阻力,建立分段式永磁直线同步电动机的有限元分析模型,分析电机内磁场分布,数值法分别计算电机的齿槽引起磁阻力和由于铁心分段引起的边端磁阻力,解析分析结果与有限元分析结果相一致,在定子绕组不通电的情况下,利用压力传感器实验测试了分段式PMLSM的磁阻力,与有限元计算结果相对比证实了理论分析的正确性.     

永磁同步直线电动机磁阻力最小化研究

根据永磁同步直线电动机磁阻力的产生机理,针对28极24槽永磁同步直线电动机,在满足直线电动机额定推力及其他技术指标的情况下,利用数学模型优化初级铁心长度,并在有限元软件中验证结果的一致性.研究表明在不同初级铁心长度下直线电动机的端部力存在一个最小值,继而进一步调整齿宽与槽宽比例,以达到磁阻力最小,该磁阻力抑制方法将改善直线电动机的伺服运动特性,尤其是低速特性.     

一种新型多齿开关磁链直线电机的关键问题

提出一种省永磁、高推力性能的新型多齿开关磁链直线电机;推导分析直线电机端部开断引起的电磁推力与定位力特点,比较3种端部辅助齿形状对推力特性的影响,结果表明与内部齿相同的端部辅助齿可使直线电机得到较好性能;与旋转电机同样电枢高度及齿槽宽度的直线电机电密偏高,故增高电抠使槽面积增大到2.5倍,之后分析FSPM直线电机非饱和时推力表达式及饱和对电磁性能的影响,永磁优化分析表明21 mm高度永磁体可以使本设计电机达到最大推力,最后示出了不同轭部高度、不同气隙时,最佳永磁体高度的选择规律.     

辅助极一体式永磁同步直线电机端部定位力抑制技术

为了抑制永磁同步直线电机的端部定位力,提出一种辅助极一体式永磁同步直线电机(Auxiliary Poles-Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,AP-PMLSM),具有端部定位力小、结构强度高、加工制造简单等特点。基于侧向力方法对AP-PMLSM的端部定位力进行解析,推导出使AP-PMLSM端部定位力达到极小值时的辅助极位置和辅助极宽度的表达式。建立了14极12槽AP-PMLSM的有限元模型,有限元仿真结果与解析结果基本一致,验证了理论分析的正确性。     

多参数优化方法减小永磁电机齿槽转矩

将转子分段斜极和优化极弧系数两种方法相结合,研究其对永磁电机齿槽转矩的影响。采用有限元分析方法,对一台电机在不同分段数时的齿槽转矩进行了计算。结果表明分段斜极能使齿槽转矩的某些谐波分量大幅度地削弱,但对其它谐波分量削弱幅度有限;进而通过优化极弧系数,使剩余谐波分量显著减小,使得齿槽转矩最小化。试验结果与有限元仿真结果基本吻合,验证了该方法对减小齿槽转矩的有效性。     

考虑端部效应的永磁直线电机等效磁路模型

为了提高永磁直线电机的仿真速度,提出了一种考虑端部效应的改进等效磁路模型。首先,不包括直线电机端部齿,交链每个初级齿的磁场被划分为4个磁路支路,分析了支路参数的周期性;其次,通过比较磁力线的长度,将永磁极之间的漏磁通与主磁路分离,建立了单独的漏磁磁路;最后,通过分析有限元方法获得的端部磁场,构造了2条附加支路,建立了直线电机的等效磁路模型,并进行了简化。等效模型考虑了齿槽效应、磁饱和和电枢反应,并在电机运行时保持拓扑结构不变,只需改变支路参数。以8极9槽永磁直线电机为例,通过与二维有限元仿真结果进行比较,验证了所提模型的有效性。     

削弱永磁直线电机法向力波动优化设计

为了削弱永磁直线电机(PMLM)运动中存在于动子与定子之间的法向力波动,在推导分析法向力波动产生原理的基础上,采用最优极弧系数和磁极倒角法削弱齿槽法向力,采用优化铁心长度及端齿形状削弱端部法向力,以达到综合削弱PMLM法向力波动的目的。通过有限元仿真证明了所采用方法的有效性,可以在满足推力要求的的情况下,极大地削弱PMLM的法向力波动。所得结论可为永磁直线电机的设计提供一定的理论指导。     

六极永磁式潜油电机技术问题及CAD软件开发

结合永磁同步电机设计原理,对六极永磁式潜油电机重要技术问题进行了分析.根据潜油电机特殊的分段结构,分别对端部漏抗的计算和斜极方法进行了研究,提出永磁式潜油电机转子倒装的分段斜极式方法并开发了CAD软件.通过建立六极永磁式潜油电机有限元模型,对齿槽定位力矩进行分析,验证该方法对降低电机齿槽定位力矩起到了一定的作用.     

表面式永磁电机齿槽转矩解析模型比较

高效率、高转矩密度特性使得永磁电机的应用越来越广泛,然而永磁电机的齿槽转矩却降低了电机的性能。根据对槽漏磁导(是否考虑槽漏磁)、空载气隙磁密(是否考虑永磁体之间的漏磁、是否考虑圆周曲率)的不同处理和采用不同的计算方法(能量法、齿壁受力),给出了齿槽转矩的六种解析模型,并进行了比较。根据模型,得到了三种槽数/极数(18/24、9/8、24/16)电机的齿槽转矩的波形、使齿槽转矩最小化的优化极弧系数和优化槽开口,并与有限元(FEA)进行了比较。结果表明计及槽漏磁和永磁体间的漏磁大大提高了模型的精确度,而根据齿壁受力计算得到的齿槽转矩比能量法得到的齿槽转矩更加精确。