环形行波超声波电机面接触分析及转子结构优化设计

考虑转子的柔性变形,建立了环形行波超声波电机定转子三维面接触模型,分析了定子的振动、定转子的法向接触以及切向摩擦,研究了定转子间的面接触特性及电机的转矩-转速特性。结果显示：由于转子的柔性变形,定转子间的接触区域形状是不规则的,接触压力沿径向分布是不均匀的。通过将样机转矩-转速特性的理论计算值与试验测量值进行对比,验证了三维面接触模型。在此基础上,基于三维面接触模型,分析柔性转子结构参数变化对定转子最大接触压力及电机转矩-转速特性的影响,根据分析结果对转子结构进行优化,实现了定转子间的最大接触压力明显下降,并使电机的转矩-转速特性得以明显提升。     

双定子单转子旋转型行波超声电动机转子的优化设计

针对双定子单转子旋转型超声电动机工作时定、转子接触面积过小的问题,对电机转子进行柔性设计;采用有限元法建立定转子接触模型,进行静力学和动力学分析;得到了转子的接触压力分布和电机的转矩-转速特性,并与刚性转子进行比较;结果表明,柔性转子在性能上优于刚性转子。仿真结果对双定子单转子旋转型超声电动机的设计具有重要指导意义。     

双转子柱体超声波电机输出转矩分析

对双转子电机定子表面质点运动轨迹进行了仿真,直观地描述了电机运行机理。应用Timoshenko梁振动理论计算了运动轨迹的椭圆倾角,根据倾角和双压电晶片的位移描述方程,计算出定子的纵向振幅,再结合赫兹接触理论,得出一定预压力下定转子接触区域宽度,进而得出双转子柱体超声波电机的转矩模型。计算出了相同尺寸单双转子电机的倾角和转矩,对比得到双转子电机的转矩比单转子的大两倍,证明了双转子结构在转矩性能上的优点,为双转子柱体超声波电机的结构优化设计提供了理论基础。     

行波型超声波电机定转子接触粘滑分布特性

考虑了摩擦层剪切变形,对行波型超声波电机定转子接触区域内的粘滑分布特性进行研究。首先假设超声波电机定转子接触区域内完全为粘滞分布的情况下,求得接触区域内摩擦材料的切向应力;再与滑动摩擦应力进行比较,从而确定接触区域内粘滑分布情况及其分布规律,并根据所获得的粘滑分布计算电机运行性能。最后,对理论分析的结果进行实验验证,实验结果与理论分析结果相吻合,验证了理论分析的正确性,为超声波电机的设计与分析提供了理论依据。     

径向驻波型超声波电机接触摩擦特性建模与分析

超声波电机的接触摩擦模型对电机输出性能优化、控制电路设计具有重要的作用。现有对超声波电机接触摩擦模型的研究,大多基于库伦摩擦模型,其计算结果的精度有待进一步提高。该文基于Dahl摩擦模型对一种径向驻波型超声波电机的接触摩擦特性进行建模和分析。首先介绍电机的结构,然后分析定子的振动、定转子间的接触摩擦以及转子的旋转运动,考虑定子振动的瞬态响应过程,基于Dahl摩擦模型建立径向驻波型超声波电机定转子接触摩擦传动模型。利用所建立的模型,研究接触界面的摩擦力、不同负载下电机的速度响应情况以及电机的转矩-转速特性。最后测试样机的转矩-转速特性,将理论计算值与实验值进行对比,二者基本吻合,证明所建立模型的有效性。此外,该文也对基于库伦摩擦模型的计算值进行对比分析,结果表明:相比于库伦摩擦模型的计算值,基于Dahl摩擦模型的计算值具有更高的精度。     

摩擦层在定子上的行波超声波电机接触模型

本文对粘弹性摩擦层在定子上的环形行波超声波电机定转子接触模型进行了研究。首先,同时考虑了超声波电机摩擦层的法向和切向变形及摩擦材料的非线性,研究了摩擦接触区粘滑分布情况,进而计算电机的机械特性,并对摩擦层分别在定子和转子上的电机机械特性进行比较,理论分析表明摩擦层在定子上的电机机械性能要优于摩擦层在转子上的电机。最后,对理论分析的结果进行实验验证,理论分析结果与实验结果基本吻合,验证了接触模型的正确性。     

考虑定子齿结构的行波超声波电机接触摩擦模型

本文分析了定子的振动、定转子的法向接触和切向摩擦,考虑了定子齿结构,采用解析法建立了环形行波超声波电机定转子接触摩擦模型。基于所建立的模型,分析了定子表面质点与转子间的接触时间和切向摩擦力以及电机的转矩-转速特性。此外,也对考虑定子齿结构和忽略定子齿结构的模型计算结果进行对比,结果显示,在相同的预压力下,考虑定子齿结构时,定子表面质点与转子的接触时间比忽略定子齿结构时要长,而且转矩-转速特性的计算结果要低于忽略定子齿结构时的计算结果。最后,将理论计算结果与实验结果进行了对比,考虑定子齿结构时的计算结果比忽略定子齿结构时更接近实验值,说明考虑定子齿结构的接触摩擦模型能准确地反映定转子间的接触和摩擦特性。     

中空环形行波超声波电机定子振动解析模型

为分析定转子间的接触对定子振动的影响,建立中空环形行波超声波电机定子振动解析模型。根据电机的结构特点,将定子等效为等厚度的圆环形梁,等效过程中,忽略定子齿的刚度,但将定子齿的质量等效到定子梁中,采用解析法建立等效定子梁的自由振动模型和受迫振动模型,得到定子不同振动模态对应的自由振动频率以及定子在外加激励电压和定转子间法向接触压力作用下的受迫振动响应。结果表明,定子等效处理的方法是合理的,电压激励和法向接触压力激励所产生的定子振幅分别与电压幅值和预压力大小呈正比关系,定转子间所施加的预压力较小,因此接触压力对定子振动的影响较小。将理论分析结果与实验测试结果进行比较,二者基本吻合,验证了所提出的解析模型的正确性。     

Halbach阵列双转子永磁电机磁场分析与转矩计算

双转子永磁电机是一种具有高转矩密度、高运行效率新型永磁电机,双层气隙结构也使电机内部磁场分布更加复杂、转矩波动更为严重。为进一步改善该电机气隙磁场分布,降低输出转矩脉动,内、外侧转子分别建立新型Halbach阵列磁体,使两部分转子同时获得理想的单边磁场。通过建立双转子电机二维有限元模型,计算和分析了电机内、外转子的径向气隙磁密、齿槽转矩、输出转矩脉动等特性,并与径向充磁双转子电机进行比较。结果表明,该方法可以有效优化气隙磁密,降低转矩脉动系数,提高电机运行稳定性。     

环形驻波超声波电机定转子接触摩擦模型

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。针对环形驻波超声波电机定转子接触摩擦问题,采用库伦摩擦+黏性摩擦定律建立了定转子接触摩擦模型。采用所建立的模型分析了一个振动周期内接触界面的摩擦力变化情况,也研究了定子不同径向振幅以及结构参数对电机输出性能的影响。最后,测量了电机的转矩 转速特性,并将测量值与计算值进行对比,二者吻合度较好。另外,对比了基于库伦摩擦定律所建立模型的转矩 转速特性计算值,对比结果表明,与基于库伦摩擦定律所建立的模型相比,基于库伦摩擦+黏性摩擦定律所建立的模型能更准确地描述定转子接触界面的摩擦传动特性。     

ALA转子电机直接转矩控制研究与仿真

介绍了ALA转子电机的基本原理及其直接转矩控制(DTC)的基本理论.在Simulink环境下,搭建ALA转子电机及其直接转矩控制系统的模型.对ALA转子电机DTC系统起动及负载变化等情况进行了研究.仿真结果表明,直接转矩控制可以克服ALA转子电机开环难以起动的缺点.ALA转子电机的直接转矩控制仿真系统结构简单,实现容易...     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

永磁转子多自由度电机可实现输出轴的多自由度运动,简化电机机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。该文提出了一种蝶形永磁转子偏转式三自由度电机,基于有限元法建立了该电机的三维有限元模型,对电机转子磁场的分布进行了计算和分析,并与解析模型的计算结果进行了对比验证。在此基础上,计算并分析了该电机的自转转矩和偏转转矩,并与鼓形永磁转子偏转式三自由度电机的磁场和转矩进行对比分析,结果表明蝶形永磁转子偏转式三自由度电机可增大气隙磁通密度和自转转矩的幅值,有效改善和提高偏转转矩的幅值,并增加偏转运动的范围。最后,对样机进行了测试,并将实验结果与有限元及解析模型的计算结果进行了对比验证。     

锥形转子永磁电机轴向磁拉力和转矩参数分析

介绍了一种采用永磁式转子的锥形电机,给出了这类电机的模型,分析了其结构特点以及不同转子位置下的轴向磁拉力和转矩的变化情况,并建立电机的三维有限元模型进行了仿真计算,得出转子的轴向磁拉力和转矩与转子的轴向位移之间的关系,最后转矩参数的变化规律通过实验得到了验证。     

基于液体媒质的非接触型超声波电机理论与实验研究

非接触型超声波电机有效地解决了接触型超声波电机因接触摩擦所引起的使用寿命低、不能长时间连续运转等难题,是超声波电机领域的一个新的研究方向。介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机,其定子与转子是不接触的,并且转子浸于液体媒质之中,定子压电振动所产生的能量通过定、转子间的液体传递给转子,从而驱动转子旋转。给出了该电机的结构及驱动电路,对其运行机理进行了理论分析,利用有限元法对定子振动情况进行了模态分析,讨论了水位高度、定子振动速度等对电机性能的影响,并通过实验进行了验证,实验测试结果与理论分析结果相一致。     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

磁通反向永磁电机齿槽转矩分析与抑制

由于特殊的双凸极结构,磁通反向永磁电机具有较大的齿槽转矩,将导致电机产生额外的转矩脉动与振动噪声,低速工况影响更为严重。本文基于磁共能法及磁势-磁导模型,首先推导了磁通反向永磁电机齿槽转矩解析模型;并在此模型的基础上,分析了电机参数对齿槽转矩波形及谐波分布的影响;提出了优选定、转子齿宽以降低齿槽转矩的方法;最后采用有限元法,以6/8结构磁通反向电机为例,验证了分析的正确性。结果表明;随着定转子齿宽的变化,齿槽转矩各谐波分量占比也不断变化,基波分量并非一直占主导地位;通过合理选取定、转子齿宽,可以削弱特定的齿槽转矩谐波分量,进而达到抑制齿槽转矩的目的。     

新型电动车用轮毂电机的稳态研究

设计了一种新型电动汽车用外转子双凸极永磁电机,采用有限元法对该电机在空载和互载时的特性进行分析,并对电枢电流对电机磁场的影响进行了深入研究,得出该电机在空载和负载时的磁场分布图以及空载时转子在不同位置时的气隙磁密分布曲线;同时也求出了永磁磁链、不同互载时磁链、输出转矩、励磁转矩、自感磁阻转矩和互感磁阻转矩随转子位置角的变化曲线,这些特性的获得为以后分析该电机的动态特性奠定了坚实的理论基础.     

基于摩擦学二项式定理的超声振动减摩机理分析

通过环型超声波电机定转子接触机理分析得到接触表面应力分布,利用摩擦学二项式定理,借助等效预压力分析了接触表面等效摩擦系数的变化,给出了计算定转子接触表面实际摩擦系数的理论模型。对单个波长接触区域内的应力及等效摩擦系数分布进行了计算,得到固定预压力变振幅以及固定振幅变预压力情况摩擦系数的变化。结果表明定子表面质点超声振动的垂直方向位移是摩擦系数降低的根本原因,这为超声波电机摩擦材料的选择和使用提供了理论依据。     

定子永磁和转子永磁混合式步进电机性能比较研究

定子永磁型混合式步进电机(stator-permanent-magnet hybrid stepping motor,SHSM)是一种新型结构的混合式步进电机,其运行原理与普通转子永磁型混合式步进电机相同,但转子结构更为简单、转子机械强度更高、转矩及功率密度更大、永磁体散热更容易、设计分析计算更为方便。为合理评估两种结构混合式步进电机性能,该文从永磁气隙磁密、最佳铁心迭长、永磁转矩、定位转矩及转矩脉动、永磁磁链及空载反电动势、永磁体漏磁及利用率、定子轭部磁通密度等方面对两种电机进行综合分析比较。试制一台功率为240W的2相8极50齿SHSM样机,通过实验验证其工作原理的实际可行性。基于SHSM样机参数,构建两种电机的有限元仿真模型并进行有限元分析比较。有限元和实验结果验证了理论分析的正确性,为新型SHSM的进一步推广应用奠定一定理论基础。     

车用永磁同步磁阻电机转子的优化设计

永磁同步磁阻电机充分利用磁阻转矩,有效提高了电机功率密度和降低电机成本。本文首先对永磁电机的磁阻转矩影响因素进行分析,建立了3种不同结构转子模型,利用二维有限元法对电机的重要参数进行了计算和对比分析。综合比较后,对其中一种转子结构进行了优化,通过调整直轴和交轴磁路,提高了电机磁阻转矩的比例及弱磁性能。