基于ANSYS的新型结构永磁直线同步电机力性能研究

直线电机因具有高速、高精和高推力体积比等优势,在数控机床、高性能IC封装制造等领域受到越来越多的关注,然而因其结构上的原因而存在推力波动、齿槽效应和端部效应,已成为目前直线电机研究领域的重点对象。针对直线电机在端部的不连续所导致的端部效应,建立了一种新的动子结构,避免了端部效应导致的推力波动,并以有限元方法对该模型进行了分析与比较。研究结果表明,该新型结构直线电机在力性能上具有推力波动小的优点,可为直线电机结构优化提供参考。     

机床用永磁直线电机的推力波动优化研究

采用有限元法对机床用永磁直线电机的推力波动进行仿真计算,通过采用改变端齿的高度和宽度、磁钢倾斜角度等措施,在不减小电机输出推力的同时,以减小直线伺服电机推力波动为目标进行了电磁优化设计。经过优化设计后,永磁直线电机推力波动大幅减小,该文对永磁直线电机推力波动的理论研究和工程应用有一定的参考价值。     

永磁直线同步电动机推力波动分析及其改善措施

推力波动是影响永磁直线同步电动机(PMLSM)应用的主要原因.为了实现对永磁直线同步电动机的推力波动进行补偿及抑制,在对影响推力波动的主要因素即纹波扰动、齿槽效应、端部效应等进行详细分析的基础上,总结并阐述了目前优化和抑制推力波动的策略.     

高推力永磁直线同步电动机电磁结构研究

介绍高推力永磁同步直线电动机的原理和特点,指出端部效应和齿槽效应会产生定位力及其波动,提出具有段间 移位的分段式轮换对称初级绕组和铁芯的电磁结构设计方案,分析该方案对端部效应和齿槽效应的消弱作用。分析结 果表明,该方案可以有效改善高推力永磁同步直线电动机的推力平稳性。     

直线电机系统的开发研究与应用

由清华大学完成的"直线电机系统的开发研究与应用"课题,在控制系统方面,构建了专用高推力永磁交流直线电机全数字伺服驱动控制的软硬件平台,实现包括位置环、速度环和电流环在内的全数字闭环控制,实践推力波动及伺服控制系统相关参数的辨识算法,探索克服高推力永磁交流直线电机固有的端部效应和齿槽力的补偿控制算法,最终完成高推力永磁交流直线电机的高精度全数字伺服驱动控制器的实验平台和原型样机.     

直线电机系统的开发研究与应用

由清华大学完成的“直线电机系统的开发研究与应用”课题，在控制系统方面，构建了专用高推力永磁交流直线电机全数字伺服驱动控制的软硬件平台，实现包括位置环、速度环和电流环在内的全数字闭环控制，实践推力波动及伺服控制系统相关参数的辨识算法，探索克服高推力永磁交流直线电机固有的端部效应和齿槽力的补偿控制算法，最终完成高推力永磁交流直线电机的高精度全数字伺服驱动控制器的实验平台和原型样机。     

基于扰动观测器和推力观测器的永磁直线同步电机推力控制研究

针对高精度永磁直线同步电机存在参数变化、负载扰动、摩擦力和端部效应等不确定性而引起推力波动的问题,提出了一种将扰动观测器(DOB)和推力观测器(TFOB)相结合的推力控制方法。采用了DOB作为内环控制器抑制并补偿不确定性因素对系统的影响,减小了测量噪声对系统的影响;同时,设计了TFOB作为外环控制器确保DOB输入的准确性,解决了DOB无法彻底抑制PMLSM系统存在的推力波动问题;建立了环境接触模型,对引起推力波动的参数进行了离线辨识,提高了推力控制带宽。研究结果表明:与DOB控制方法相比,无论是电机平稳运行情况还是突加扰动情况,基于DOB和TFOB的推力控制方法都取得了较为优越的控制性能。     

永磁同步直线电机分数槽绕组谐波分析和齿槽力研究

介绍了永磁同步直线电机齿槽效应产生的原因,利用有限元法,对永磁同步直线电机谐波分量和齿槽力进行分析和仿真,运用傅立叶级数回归,求出各次谐波分量,分析结果表明,采用分数槽短距绕组方法可明显降低齿槽效应的影响。为进一步拟合出齿槽推力波动曲线,实现控制系统的推力补偿提供依据。     

一种削弱永磁直线同步电机振动的方法研究

单边平板型有铁芯永磁直线同步电机(PMLSM)是目前应用最为广泛的一种直线电机,但直线电机在运行过程中初、次级之间存在较大的法向力波动,会引起电机电磁振动,进而造成机床的振动。现通过气隙中加铜片的方法来减小电磁振动,采用Maxwell stress tensor推导直线电机法向力的解析表达式,利用有限元法对单边平板型永磁直线同步电机加铜片前后的法向力波动情况进行仿真分析,仿真分析结果与解析分析基本一致,即铜片结构可以减小气隙磁密高次谐波以及法向力波动,为减小永磁直线同步电机电磁振动提供了理论指导。     

永磁直线电机结构参数的DFSS和响应面法优化

在研究潜油直线电机的参数匹配过程中,提出了一种圆筒型永磁同步直线电机结构参数优化设计方法。基于一种六西格玛设计(DFSS)理念,结合数理统计理论,分析了气隙长度、定子轭厚度、齿宽、齿形角、主磁通永磁体有效长度、半闭口槽宽、极弧系数等参数对电机电磁推力及齿槽力影响。以增大推力及降低齿槽力为优化目标,采用2IV 7-3部分析因试验设计法,对电机主要本体结构参数进行筛选优化。分别筛选出了影响电磁推力和齿槽力的显著因子,并利用响应面法建立了相应的非线性数学模型。通过多目标遗传算法获得了Pareto最优解,得出最优结构参数组合。优化前后有限元仿真结果表明:平均电磁推力提升了28.83%,齿槽力降低了18%,推力及齿槽力波动显著减小;基于DFSS和响应面的优化方法用于研究潜油直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

端部效应对长初级双边直线感应电机影响研究

针对变极矩直线感应电机极矩的变化,对端部效应亦产生影响,致使合成磁场畸变这一问题,分别采用电磁场理论分析方法和等效电路两种分析方法,根据直线感应电机磁场气隙磁通密度,以及直线感应电机等效电路,推导出了场理论及路理论直线感应电机端部效应参数方程,分析了入端衰减参数、出端衰减参数、行波波长等端部效应参数对电机气隙磁场的影响;对极矩变化型长初级双边直线感应电机进行了建模分析,分析了极矩变化对端部效应参数、电机气隙磁场影响。研究结果表明:极矩的变化对直线电机横向端部效应影响较小,对纵向端部效应影响较大,且随着极矩的增加,纵向端部效应影响逐渐减小。     

桥式龙门并联直线电机驱动结构设计

并联直线电机安装方式较单边安装能提供更大的驱动力,且较两个串联方式能节省1倍的长度方向的安装尺寸。并联直线电机安装方式可使两边的动子和定子产生的法向磁吸力相互抵消,降低了动、定子安装支架因受力大而造成的变形,同时因法向力波动减小而使摩擦力波动减小,既而使机床推力波动减小,从而提高了机床的加工精度。     

基于JMAG的无铁心永磁直线电机优化设计

针对高速运行时有铁心直线电机铁耗大、效率低的不足,提出一种动磁式无铁心永磁直线电机模型.采用专业电磁分析软件JMAG对无铁心直线电机电磁场进行了瞬态分析计算.以电磁推力及其波动为优化目标,分别计算了不同电磁参数对电磁推力及其波动的影响.利用瞬态分析进行电机优化设计,提高了电机设计的精度.     

机床进给系统用永磁直线电机的设计方法

从永磁直线电机的结构入手,分析了电机几何结构与推力的关系.引入了两极单元直线电机的概念,提出了通过对两极单元直线电机进行组合,来设计任意推力永磁直线电机的设计方法.运用该方法完成了一台推力为3000N的永磁直线电机的设计,并对样机进行了推力与定位力的测试实验,验证了设计方法的可行性.     

一种采用磁悬浮的直线电机精密检测方法研究

针对传统直线电机电磁参数检测中由于摩擦引起的测试精度低等问题,根据永磁同步直线电机电磁分析模型和傅里叶级数法分析了电机气隙磁密、反电动势和电磁推力,提出了一种利用磁悬浮技术的直线电机无接触式精密检测方法,同时设计了对应的实验装置。该检测方法采用磁悬浮技术将被测直线电机无接触地悬浮在直线导轨上,由陪测电机带动被测电机沿导轨做直线运动,在运动过程中通过测量陪测电机与被测电机之间的相对位/力关系来实现电机力/电参数的测量。建立了该精密检测方法的实验平台,并利用实验平台实测了直线电机的推力波动和反电动势两个参数。     

数控机床直流直线电机结构设计及控制系统研究

为解决现有直线电机存在边端效应、推力波动大以及控制系统复杂等问题,设计出一种新的直流直线电机结构,并对该电机的数学模型和动态特性进行了较为深入的分析.针对单闭环系统受绕组电压、负载和动子质量的影响,易出现电流和速度波动等问题,设计了多环结构的控制系统,并引入前馈控制方法改善了系统动态跟踪特性.基于上述分析,利用MATLAB对系统进行了仿真研究,结果显示所设计的电机结构具有较好的可行性和可控性,且引入前馈控制的多环控制系统可有效抑制电流和速度的波动,使系统的动态跟踪特性得到显著提高.     

通过优化直线电动机结构及控制模型抑制推力波动

分析直线电动机推力波动产生的原因,列举通过优化直线电动机结构来抑制推力波动的方法,着重分析驱动电流对推力平稳性的影响和相应对策。     

基于极弧系数组合的永磁直线电机齿槽力削弱方法

永磁电机由于齿槽效应造成的推力波动一直是影响其性能的一个重要因素.为了削弱永磁同步直线电机的齿槽转矩,结合直线电机的结构特点,利用能量法和傅立叶分解的解析分析方法,推导出了齿槽转矩与极弧系数的数学关系表达式.由于边端力也会造成直线电机的推力波动,而边端力与动子长度密切相关,提出了一种基于不同极弧系数组合的齿槽转矩削弱方...     

永磁直线同步电动机的磁场谐波扰动分析

分析永磁直线同步电动机的电磁推力,得出永磁体的磁链为影响推力的重要因素。通过温度和交变磁场频率对永磁体磁性影响的研究,以及由电动机定子电流、绕组间的自感和互感等,通过派克变换对端部效应的形成原因和谐波成分的分析,进一步明确了磁场谐波扰动对永磁直线同步电动机推力的影响。     

集中绕组对转式双转子盘式电机的研究

提出了一种新型的对转式双转子盘式电机.首先,分析了该电机的工作原理;其次,比较分析了集中绕组和交叉环形绕组两种绕组拓扑结构,结果表明集中绕组电机除具有端部绕组短,节省材料的优点外,集中绕组电机能够产生更接近正弦的反电动势,并且齿槽力和法向力均得到削弱.此外,集中绕组的三相绕组端部长度一致,对称性好,更有利于控制;最后,...