双定子直线振荡电机高效控制策略

为了实现电机的高性能运行,提出一种应用于双定子直线振荡电机的高效控制策略.由于电机在机械谐振频率运行时可达到最大的位移电流比且相角差为90°,根据此特性,在实现对于动子位移进行估算的基础上,确定了电机的谐振频率跟踪控制策略,并通过实验对此算法进行验证.实验结果表明,在有效行程范围（20 mm）内,谐振点变行程控制方式下估算行程的最大绝对误差03 mm、最大相对误差为3.7%,且该算法可迅速调节频率使电机工作于等效机械谐振点附近,运行高效.     

基于 Ansoft 的开关磁阻平面电机磁场分析

开关磁阻平面电机具有结构简单、运行可靠、控制方便等优点,在生产生活中应用广泛.然而其磁路特有的非线性结构,给电机的结构分析和控制方法带来了很大的困难.本文采用有限元分析方法,对开关磁阻平面电机结构分析,并运用Ansoft Maxwell 3D软件仿真.通过建立有限元模型,分析了开关磁阻平面电机的磁链以及电磁推力与动子位置的关系.研究结果为进一步开展开关磁阻平面电机的研究奠定基础.     

基于预测电压调制与T-S模糊PMLSM推力控制

为了进一步提高永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制(DTC)系统的控制精度,提出了基于预测电压调制和Takagi-Sugeno(T-S)模糊策略的控制方法.利用预测电压调制技术控制下一个周期磁链,利用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)逼近预测电压值,采用T-S模糊控制器控制动子速度和电磁推力.对比分析在Matlab/Simulink环境下的仿真结果,基于预测电压调制和T-S模糊控制策略的DTC控制系统不仅明显减少电磁推力和磁链脉动,而且对电机参数时变等非线性扰动所引起的脉动具有较强的鲁棒性.     

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。     

磁悬浮永磁直线同步电动机的有限元分析

针对数控机床直线电动机驱动系统中动子与导轨之间的摩擦问题,提出采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现无摩擦进给的方法.该电动机的动子上有两套绕组,一套为推力绕组,用于产生电磁推力;另一套为悬浮绕组,用于产生可控的磁悬浮力.采用Maxwell应力张量法推导了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型,并采用Ansoft对不同永磁材料电动机的电磁推力和磁悬浮力进行有限元分析.计算结果验证了数学模型的正确性,证明了采用磁悬浮双绕组永磁同步电动机实现无摩擦进给的可行性.     

直线感应电机过无次级感应板区检测

为解决大功率直线感应电机工程应用中过无次级感应板区域存在的电机电流和推力冲击的问题,详细分析电机非确定电磁感应状态下的电磁特性,得到电机主电感随主、次级耦合程度的变化关系.基于计及动态边端效应的直线电机状态空间方程,提出基于全阶观测器的互感在线辨识算法,依此判定是否运行于非确定电磁感应状态.通过实时调整电机d-q轴指令电流的给定和电机模型高精度计算,实现直线电机非确定电磁感应状态的有效检测和平滑过渡.依托广州地铁5号线实际应用项目进行所提直线电机初、次级非确定电磁感应状态下检测和控制算法的实验验证.实验结果表明:该控制策略能有效实现直线电机牵引车辆无次级感应板区域的平滑过渡,不产生电机电流和推力冲击.     

垂直运行永磁直线同步电机失步故障分析

为了对永磁直线电机的失步进行预防控制,分析垂直运行的永磁直线同步电动机失步故障的原因,确定失步故障发生前的故障征兆和失步故障发生前的相关参数的变化趋势和大小,以及永磁直线同步电动机的供电电压与电流、电机推力、运行功率角、运行速度、定子电枢绕组与动子永磁体之间的气隙等关键故障特征参数的检测方案,对预防同步直线电动机失步具有重要参考价值.     

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NESO的直线电动机推力波动补偿策略

为了抑制推力波动等扰动对直线电动机运行平稳性的影响,提出了一种基于非线性扩张状态观测器(nonlinear extended state observer,简称NESO)的推力波动抑制策略.电机在运行的过程中,NESO能对包括推力波动在内的各种扰动进行实时观测,并通过前馈方式对其进行补偿.当电机运行速度为0.1 m/s时,进行推力波动辨识补偿后稳态时速度波动范围从6.75%下降到1.23%.实验结果表明,该方法有效地减小了推力波动的影响,提高了稳态时速度响应的平稳性.     

动磁式直线压缩机设计与试验研究

研制了一台新型结构的直线压缩机,采用直线振荡电机进行驱动,具有结构紧凑、效率高等特点.以等效磁路法对电机电磁场进行了简化,推导出了电磁推力计算公式,并建立了压缩机动力学模型,为压缩机各项结构参数的设计提供了理论依据.以空气为压缩工质进行试验,测试了压缩机的部分性能指标,包括电流、功率、功率因数、位移和在排气阀关死状态下压缩机所能达到的最大压力,指出了影响直线压缩机性能的关键因素是共振特性和余隙容积效率.试验结果表明,直线压缩机摩擦损耗小,可以实现无油润滑;控制灵活,可以实现无级气量调节;当改变工况时能够保证较高的制冷系数(COP)值.动磁式直线压缩机具有比传统往复式制冷压缩机更优越的性能和优化空间,特别适用于小型制冷设备和清洁气体的压缩.     

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.     

EMS型磁浮列车驱动力和悬浮力的计算新方法

针对电磁悬浮(EMS)型磁浮列车用凸极直线同步电机定子和转子齿槽不连续分布的特点，提出一种基于解析的驱动力和悬浮力计算新方法.该方法在分析列车运行时所在位置处的定子和转子几何分布和载荷分布基础上，根据列车所在位置处的定子电流磁动势分布和磁场强度的分布，计算出所有驱动力的大小.通过研究列车所在位置处的定子与转子总的磁导率函数分布和励磁曲线分布，得出列车运行过程中所有悬浮力的大小.计算结果表明，驱动力和悬浮力的波动频率是定子电流变化频率的6倍.当转子极距大于定子极距时，可以获得较大的悬浮力和驱动力，驱动力和悬浮力的波动也相对较小.     

Optimal design of FRMSM to decrease detent force

An optimal configuration of the flux-reversal linear synchronous motor (FRLSM) with the optimal number of attachment permanent magnets (PMs) was presented. The optimal model of 2 000 N was designed to reduce the detent force by redesigning the air-gap structure and skewing. The design parameters, mover PMs and stator core, were selected for optimal design by DOE. The thrust and the detent force of the designed optimal models were compared by finite element analysis (FEA). As a result, the thrust of the optimal model is slightly decreased by 1.97% compared with the basic model, and the detent force of the optimal model is greatly decreased by 88.47% compared with the basic model.     

平板型混合式直线步进电机的关键参数

通过有限元法对一种混合式单边型结构的直线步进电机的若干关键参数进行优化分析.采用有限元法研究了该结构电机在体积一定条件下绕组控制电流和气隙大小对电机切向力、法向力的影响,得到了相应的关系曲线;在动子、定子齿宽齿距比一致与不一致的两种情况下,计算不同齿宽齿距比时电机的切向力和单边法向力大小,并具体分析了电机静态切向力的谐波状况,得到两种情况下最大保持力和最大基波推力所对应的齿宽齿距比.结果表明：当动、定子齿宽齿距比在0.33～0.38时可使切向力及其基波分量较大且法向力较小,其中在0.36左右时,电机的基波推力最大.     

双振子自走型直线超声电机的研究

设计了一种双振子自走型直线超声电机,电机的定子由2个同轴的对称布置的弯曲摇头型振子和中部带细颈的柔性振动块组成.2个振子的弯曲振动会激励出中间振动块的摇头振动,使驱动头上的质点产生椭圆运动轨迹,与导轨摩擦接触产生自走直线运动.测量得到定子上振动块的局部弯曲共振频率为20 792Hz,定子的弯曲共振频率约为40 420Hz.仿真发现,以振动块的局部弯曲共振模态作为工作模态能够得到更大的振幅.实验结果表明,在该模态频率下,电机可以提供较大的驱动速度,发热很少,较长时间工作仍旧稳定可靠,故被选作工作模态.在40 420Hz附近电机能够驱动,但是振子发热严重,不易稳定工作.当两相驱动信号的频率为20.8kHz、相位差为90°、驱动信号电压的峰峰值为138V时,电机的驱动速度达到598mm/s,电机的最大驱动力达到1.94N.     

U形直线超声电机结构设计

针对直线超声电机的小型化问题,提出一种新型U形直线超声电机,该电机由U形定子和导轨组成,压电陶瓷片采用粘贴的方式固定在定子上.研究了电机的激振方式与位置,设计并加工了直线超声电机样机和测试装置.将柔性铰链结构应用到直线超声电机夹持中.通过实验确定了电机的最佳工作频率、预压力.研究了输出力和空载速度随工作频率、预压力和电压的变化规律.实验表明,电机在电压值400 Vpp,预压力25N条件下,最大空载速度470 mm/s,最大输出力9N,定子质量25 g,推重比达36;柔性夹持能提高电机的模态一致性和效率,同时简化了电机结构.该研究为电机小型化发展奠定基础.     

Contact analysis and modeling of standing wave linear ultrasonic motor

A contact model for describing the contact mechanics between the stator and slider of the standing wave linear ultrasonic motor was presented. The proposed model starts from the assumption that the vibration characteristics of the stator is not affected by the contact process. A modified friction models was used to analyze the contact problems. Firstly, the dynamic normal contact force, interface friction force, and steady-state characteristics were analyzed. Secondly, the influences of the contact layer material, the dynamic characteristics of the stator, and the pre-load on motor performance were simulated. Finally, to validate the contact model, a linear ultrasonic motor based on in-plane modes was used as an example. The corresponding results show that a set of simulation of motor performances based on the proposed contact mechanism is in good agreement with experimental results. This model is helpful to understanding the operation principle of the standing wave linear motor and thus contributes to the design of these types of motor.     

一种抑制异步电动机变频调速系统中谐波电流影响的方法

本文介绍了论证了一种抑制大容量晶闸管异步电动机变频调速系统中谐波电流的方法，分析了两套定子三相绕组异步电动机的气隙磁场。分析结果表明，这种方法可以消除5次、7次谐波电流产生的脉动转矩以及基波电流产生的空间5次、7次谐磁场对电机运行的影响。     

永磁直线伺服电机的磁场分析及优化设计

介绍了一种圆筒型永磁直线伺服电机,电机次级采用轴向磁通结构,初级采用无铁心空心式绕组设计,完全消除了传统有铁心永磁电机固有齿槽效应所引起的推力波动问题.该结构电机的输出推力稳定性主要与电机气隙磁场分布的正弦程度有关,提高气隙磁场分布的正弦性是改善电机伺服性能的重点.通过对电机磁场进行有限元分析,研究了电机次级永磁体宽度和半径2个主要尺寸对气隙磁场分布的影响,并给出了这2个主要尺寸的最佳取值.经过优化设计,电机的气隙磁场分布得到了改善,磁场谐波分量大大降低,输出推力更加稳定,伺服性能得以提高.     

直线电机在车磨复合机床中的应用

针对直线电机存在端部效应,运行中存在推力波动等问题,提出基于扰动等效电流在线补偿的速度控制环算法,以使系统自身参数扰动及外界负载阻力扰动,尤其是齿槽推力扰动及永磁体磁通谐波扰动对系统的影响降到最低。阐述了直线电机在数控机床上的应用特点和直线电机全闭环交流伺服驱动技术。结合研究课题介绍了直驱进给系统的调试,并获得了很好的调试效果,保证了数控机床的加工精度。