转子分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的削弱影响

为了削弱由齿谐波引起的电磁力谐波从而有效抑制电机的电磁噪声,推导转子分段斜极的径向电磁力波的解析式,分析分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的抑制机理,讨论不同斜极分段数与削弱的齿谐波阶次之间的关系. 基于MANATEE仿真平台,对48槽8极永磁同步电机进行不同斜极分段数下的径向电磁力波和电磁噪声仿真分析,得到斜极分段前后主要阶次的径向电磁力谐波在不同斜极分段数下的变化规律,分析分段斜极对电磁噪声的影响. 研究结果表明：当齿谐波阶次为分段数的整数倍时,转子斜极无法削弱该阶齿谐波;当为非整数倍时,该阶次的齿谐波可以得到有效抑制,电磁噪声明显下降. 样机的实测噪声与仿真结果基本吻合,验证了转子分段斜极降低电机噪声的机理及仿真分析的正确性.     

不等距圆筒型永磁直线电机推力波动研究

齿槽力和纹波推力是引起永磁直线电机推力波动的主要因素,采用能量法和傅里叶分析法对齿槽力进行了解析分析,对于整数槽绕组圆筒型永磁直线电机提出采用定、动子不等极距的方法削弱电机的齿槽力,并对不等极距消弱齿槽力的机理进行了理论分析,给出了动子极距选取的计算公式,同时研究表明采用合适的动子极距可以降低空载电势中的谐波含量,进而抑制了由空载谐波电势引起的纹波推力。有限元分析和样机实验表明:齿槽力得到了有效的消弱,降低了空载反电动势中的谐波含量,电机的推力波动得到了有效的抑制。     

基于复合磁性槽楔的整数槽和分数槽PMLSM性能对比及优化

为了降低电机齿槽力和推力波动,提高电机性能,提出一种由2种不同磁性材料复合而成的新型复合磁性槽楔(composite magnetic slot wedge,CMSW),并根据复合形式不同分为上下复合和左右复合。建立整数槽(12S4P)和分数槽(3S4P)绕组结构的永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)有限元模型,对比整数槽和分数槽绕组PMLSM在单一磁性槽楔和不同复合形式下复合槽楔的齿槽力、永磁损耗、电机推力及波动等电磁特性。结果表明,CMSW对电机推力波动抑制效果优于单一磁性槽楔,并得到不同绕组形式下的CMSW最佳复合形式和配合尺寸。有限元分析结果显示,复合磁性槽楔可以显著降低推力波动,减小涡流损耗,改善电机输出性能。     

永磁同步直线电机推力特性的静态与动态测试

用静态和动态两种测试方法,对永磁有铁芯直线电机的推力性能进行测试。论述了两种测试的原理、方案,设计了静态与动态测试系统;静态测试方法主要用来测定直线电机的定位力、最大推力、绕组的并联支路数对电机最大推力的影响。动态测试采用一种创新的方法,能够在电机动子正常运行时,在线测试永磁直线电机的推力曲线,包括某一位置的电流——推力关系,提出了引起推力波动的主要原因。     

基于小波神经网络的永磁同步直线电机自适应逆控制

针对永磁同步直线电机(PMLSM)受推力波动等干扰,采用反馈误差学习法,利用小波神经网络在线得到PMLSM的逆模型,避免了求取PMLSM的Jacobian信息,结合PID反馈控制,实现了PMLSM的小波神经网络自适应逆控制.仿真结果表明,与PID控制以及复合前馈PID控制方法相比,所提出的方法有效提高了PMLSM系统的跟踪性与鲁棒性.     

新型无铁芯永磁同步直线电机推力性能优化设计及试验

为解决无铁芯永磁同步直线电机推力及推力波动问题,提出新型永磁体结构设计原理,建立物理模型,设计一种新型永磁体结构的无铁芯永磁同步直线电机,并对其结构参数进行优化.对新型磁极结构的磁场、直线电机的推力与推力波动进行有限元分析,以推力不削弱、推力波动最小作为优化目标,进行电机推力性能优化.通过重复定位精度的测量,验证新型磁...     

空心式永磁直线伺服电机气隙磁场及推力分析

通过解析法和有限元法对双边空心式永磁直线伺服电机的磁场和推力特性进行了分析.采用等效磁化强度法,将永磁体等效为磁化强度分布函数,建立磁场向量磁位的微分方程组并采用分离变量法进行求解,推导出磁通密度的解析公式.同时采用Ansoft Maxwell软件对电机磁场进行了有限元分析,结果证明磁通密度解析公式是准确的.针对5极/3线圈短距绕组结构的电机,推导出电机动态推力的解析公式,解析法推力计算结果与有限元法计算结果的相对误差为3.28%,证明推力解析公式是准确的.推力解析公式表明,当电机电枢电流为正弦电流时,电机推力仅含有6倍频的谐波分量,且推力波动小.气隙磁场和推力解析公式有助于分析电机磁场分布和推力波动情况,为电机优化设计提供基础.     

基于斜磁极的盘式永磁电机齿槽转矩削弱方法

采用基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出盘式永磁电机在斜极前后的齿槽转矩解析表达式,研究整体磁极斜极与分段磁极斜极对齿槽转矩的不同影响.在此基础上,提出通过确定磁极分段数量、优化分段磁块径向尺寸及选择合适极弧系数来进一步削弱齿槽转矩的方法,利用有限元法进行仿真分析,并将此方法应用于抽油机用盘式电机的转子结构设计.实验结果表明,采用分段磁极斜极方法对削弱盘式永磁电机的齿槽转矩具有理想的效果.     

Halbach磁体结构应用于永磁直线同步电机的研究

为提高永磁直线电机的推力，介绍了Halbach磁体结构的基本工作原理，分析了采用Halbach磁体结构的磁体排列方式及磁体的磁化规律.并以一台永磁直线同步电机为例，确定了适合该直线电机的Halbach磁体结构形式，对比分析了不同磁体排列方式的永磁直线同步电机空载运行推力特性.分析结果表明采用Halbach磁体结构不仅可以改善气隙磁场分布、提高永磁直线同步电机的推力，而且可以减小永磁直线同步电动机的推力波动.因此将Halbach磁体结构应用于永磁直线同步电机中与常规永磁体结构的永磁直线同步电机相比具有很大的优越性.     

径向充磁圆筒型永磁直线电机的有限元分析

圆筒型永磁直线电机作为线性驱动装置,需要从旋转运动到直线运动的机械结构转换,同时磁场沿轴向均匀分布,起动推力易受到电压波动的影响,因此其设计与分析的方法与传统的旋转电机有所不同.以Ansys软件为工具,对径向充磁圆筒型直线电机的磁场分布和电磁推力进行了计算,并将其计算结果与轴向充磁圆筒型永磁直线电机的计算结果进行了分析比较.结果表明,径向充磁圆筒型直线电机的控制平稳性能更高.     

基于BP神经网络的永磁直线同步电机齿槽力预估器

为了减小永磁直线同步电机（PMLSM）齿槽力的波动，采用二维电磁场有限元方法，结合动态分网来描述PMLSM定、动子间的相对运动.考虑非线性磁饱和的影响,对槽形尺寸、斜槽、闭口槽、气隙、分数槽等影响下的齿槽力进行了分析.计算结果表明，分数槽是有效减小PMLSM齿槽力波动的重要措施.将模拟计算得到的槽形、气隙对齿槽力波动的影响作为神经网络的训练样本，结合动量法和自调节学习规则，构建了基于BP神经网络的齿槽力预估器.通过该预估器，可以在PMLSM设计阶段对槽形尺寸、气隙大小进行合理的选择.     

基于改进SVPWM永磁直线同步电机直接推力控制

针对传统空间矢量脉宽调制（SVPWM）永磁直线同步电机直接推力控制系统响应慢、逆变器开关损耗大、输出电流谐波含量高、系统效率低、推力脉动大的问题,建立了逆变器损耗模型,推导出损耗以及谐波含量关系式,得出损耗和谐波含量最小时的零矢量最优分配方式,提出最小损耗SVPWM方法,并采用定子电流最小控制代替系统定子磁链给定值.通过Matlab/Simulink仿真实验比较了传统方法和本方法在不同速度时加载不同负载的系统损耗和效率以及在电机起动和突加负载时系统的响应能力和推力脉动,并分析了两种方法的逆变器输出电流谐波含量,证明了本方法的有效性与可行性.     

永磁直线同步电机矢量控制系统研究

利用永磁直线同步电动机在推力、速度、定位精度、效率等方面比直线感应电动机和直线脉冲电动机等具有更多的优点，从其d-q轴数学模型着手，导出推力与电机参数及电机电流的关系式，得到最佳恒定推力控制策略。该策略将电机的稳定控制引入到最大推力控制中，并根据电机实际位移量的变化，直接控制电机的电流，从而实现对直线永磁同步电机的位置和速度控制。建立了恒定推力输出的矢量系统，通过电机的速度响应实验验证系统的稳定性、可靠性和高精度。最后试验证明其响应速度快，超调量小，定位精度高。     

PMLSM直接驱动工作台的机电耦合有限元建模

由于使用永磁直线同步电动机直接驱动,直线滚动导轨支承的进给工作台的动力学特性对超精密数控机床的加工精度会产生直接影响.以工作台和电动机动子作为研究对象,利用拉格朗日-麦克斯韦方程建立工作台系统的机电耦合动力学模型.采用有限元方法计算出永磁直线同步电动机的推力和法向力,对工作台模型进行模态分析与电磁力作用下的谐响应分析,得到工作台系统的模态参数和水平、垂直两个方向的频响曲线.通过分析频响曲线可对工作台的振动进行预测,为工作台系统优化设计和优化控制提供了依据.     

永磁直线同步电机端部效应及其补偿技术

针对高精度数控机床用的交流永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统，分析研究了PMLSM的端部效应对直线伺服系统跟踪性能的影响，并在此基础上引入学习前馈控制(LFFC)补偿技术.学习前馈控制是一种反馈误差学习的控制形式，其包含反馈控制器和采用函数逼近器的前馈控制器两部分.在系统和扰动定性知识的基础上，设计了基于B样条网络的学习前馈补偿控制.仿真结果表明，该方案有效地克服了永磁直线同步电机特有的端部效应所产生的推力波动对系统的影响，实时补偿端部效应引起的非线性时变扰动，提高了系统的伺服精度.     

辨识补偿技术在永磁直线同步电机伺服系统中的应用

针对抑制永磁体磁链谐波、电流时滞谐波所造成的推力纹波,提出了一种新型的在线辨识技术．然后,结合ＩＰ控制策略与传统的观测补偿技术,给出了一种高性能永磁直线同步电机（ＰＭＬＳＭ）速度伺服系统的设计方案．仿真实验表明,系统具有优良的伺服性能．     

数控机床永磁同步直线伺服系统免疫控制

针对数控机床永磁同步直线电机(PMLSM)伺服进给系统存在的波纹推力扰动、齿槽力扰动、端部效应扰动和其他不确定性扰动的问题,应用免疫反馈系统的免疫性原理在传统PID基础上设计了一种免疫PID控制器.免疫系统在大干扰和不确定性环境中都具有很强的鲁棒性和自适应性,使伺服系统既具有快速响应和设计简单的特点,又结合了免疫控制的抗干扰特性.在M ATLAB环境下对永磁同步直线电机数控机床伺服进给系统进行仿真,结果表明,此种控制方案下的PMLSM伺服系统具有更好的控制精度、较快的响应速度和较小的超调量,抗干扰能力更强.     

交流直线伺服系统的模糊滑模变结构控制

针对直接驱动的交流直线伺服系统，提出了一种模糊滑模变结构控制方案，在常规的滑模控制中引入模糊控制，可以有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振，而不牺牲滑模控制系统对参数变化和负载扰动的强鲁棒性，模糊滑模控制策略消除了永磁直线同步同的端部效应引起的推力波动，大大地提高了伺服系统的定位精度，仿真结果表明该方案对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性，并具有良好的动、静态性能。