直线感应电机空载速度特性分析

针对初级有限长的直线弧形感应电机和直线感应电动机的特殊现象——空载速度超过所谓的同步速度,以简化的单边直线感应电机(single-sided linear induction motor,SLIM)模型为研究对象;利用麦克斯韦方程组建立了该电机的数学解析模型,计算了动态纵向端部效应影响下电机气隙磁场和端部磁场分布;提出了考虑纵向端部效应的新物理量"等效电磁极距",给出不同极数时机械极距的修正系数。通过有限元法(finite element method,FEM)仿真和样机试验验证了解析法结论的合理性和修正系数的正确性,得出结论:空载速度并未超过由等效电磁极距计算而得的同步速度,只是超过由机械极距计算而得的同步速度。对于今后该类电机的理论研究和应用具有一定的参考价值。     

转子材料和气隙对实心转子直线弧形感应电机性能影响

做直线运动、旋转运动或螺旋运动的两自由度直驱电机在机械工具、机器人等领域有广阔的应用前景。研究了一种两自由度直驱感应电机的旋转运动部分的转子导电材料和气隙对电机性能的影响,采用传统电磁设计理论和有限元相结合的方法确定实心转子弧形感应电机的参数,并且提出了设计过程中的两个关键因素,分析了转子材料和气隙厚度对实心转子弧形感应电机性能的影响。通过应用不同转子导电层材料和气隙厚度进行计算机仿真,得到在空载及负载条件下运行的转速曲线和转子损耗曲线。结果表明:在使用钢铜复合次级材料时转速波动较小,转子损耗较小;在一定范围内,气隙厚度越大,电机的转速波动越小,转子损耗越小。     

Halbach交替极永磁同步直线电机特性分析

提出一种Halbach交替极永磁同步直线电机(HCP-PMLSM),利用有限元法对隐极、交替极和Halbach交替极三种次级结构永磁同步直线电机的空载电动势、电磁推力、磁阻力及推力波动等电磁特性进行计算与对比,并优化了HCP-PMLSM的磁极尺寸,以进一步提高其推力。针对HCP-PMLSM推力波动偏大的问题,提出一种次级双边错齿结构HCP-PMLSM对推力波动进行抑制,并分析了HCP-PMLSM的自感、反电动势、推力和推力波动等电磁特性。最后,制作了双边错齿结构HCP-PMLSM样机,并进行了实验,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于环轭型探测线圈的永磁同步电机局部退磁故障定位方法

退磁故障的精准定位对于预防电机系统发生灾难性故障和制定系统运行维护策略至关重要。针对多极数永磁同步电机(PMSM)退磁故障情况复杂,退磁故障定位难的问题,本文提出一种基于环轭型探测线圈的PMSM局部退磁故障定位方法。该方法只需在定子侧安装3个环轭线圈以获取包含退磁故障信息的信号;基于3个环轭线圈的感应电势,运用信号的基本运算构造退磁定位信号并按一定的规则对其进行分区;利用分区后的退磁定位信号的波形识别退磁故障类型,确定对应区域退磁永磁体的状态;利用一个机械周期的信号确定所有永磁体的状态,进而实现退磁永磁体的精准定位。首先介绍了退磁定位信号的构造与建模方法。然后,利用所建立的分区数学模型研究退磁定位信号在预设故障类型下的波形。最后,提出基于退磁定位信号分区的局部退磁故障精准定位方法。仿真和实验结果表明所提出的方法能对任意多个永磁体退磁故障(退磁程度不低于10%)进行精准定位。该研究为PMSM故障定位提供新方法,为故障后的运行策略制定和维护策略制定奠定基础。     

微型永磁直线无刷直流电动机齿槽力优化研究

对微型短初级永磁直线无刷直流电动机进行了优化设计研究,在电机槽数不变的情况下,设计不同的电机绕组分布方式和初级长度内对应永磁体的数目,并进行了齿槽力的分析和研究.利用傅立叶级数得到了齿槽力的谐波和幅值与槽数、极数的关系,并进行了谐波分析.利用有限元方法计算了不同电机模型的齿槽力,仿真结果表明,该电机具有较小的齿槽力和推力脉动.     

两自由度直驱感应电机转子结构设计与优化研究

针对两自由度直驱感应电机(2DoFDDIM)采用实心转子结构其性能指标较低的问题,设计了一种适用于2DoFDDIM的开槽铸铜转子结构.从有限元分析结果可以看出:开槽铸铜的转子结构可以有效改善转子涡流回路进而提高电机性能指标.为了选取转子最优的开槽参数,以2DoFDDIM旋转运动部分为研究对象,引入了田口法实现2DoFD...     

五相 U 型永磁凸极直线电机对比分析

针对直线电机垂直提升系统(LMVHS)无绳化直驱运行,对高容错性、大推力密度的新型直线电机的迫切需求,提出一种五相U型永磁凸极直线电机(FU-PMSPLM),初级设置五相绕组以提高电机容错运行能力,次级永磁体采用U型结构以提高永磁利用率。首先,从降低漏磁角度,分析了U型磁极结构演化机理,并给出电机主要结构参数;其次,采用有限元法对比分析了电机次级永磁体采用U型与Halbach结构的电磁特性,并基于磁动势不变原则,以A相缺相故障为例,与三相U型永磁凸极直线电机(TU-PMSPLM)对比分析了容错性能;最后,制作实验样机并进行实验验证,样机实测与仿真结果基本一致。研究表明,等永磁体用量时,次级采用U型结构较Halbach结构,气隙磁通密度幅值增大13.89%,平均推力提高7.54%,推力波动降低25.07%;FU-PMSPLM较TU-PMSPLM具有更好的缺相运行能力。     

表面-内置式永磁转子同步电机多目标优化设计

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)优化目标多并且彼此之间相互制约的特点,引入一种统计学方法——田口法实现SIPMSM的多目标优化设计。选取齿槽转矩、电磁转矩波动、转矩永磁体质量比和力能指标等特性作为优化目标,并确定了对目标特性影响较大的优化参数和参数影响因子取值范围。建立参数影响因子和优化目标的实验正交矩阵,利用有限元法进行求解,分析参数的影响因子对SIPMSM目标性能的影响比重,从而确定使SIPMSM综合性能最佳的参数组合。通过对比优化前后的目标特性,结果表明优化后SIPMSM的综合性能得到极大的提高。     

新型磁阻式磁力悬浮系统性能研究

该文提出一种新型的磁阻式磁力悬浮系统,并分析其结构和悬浮原理。采用有限元方法分析了该系统的磁密分布情况,悬浮体受到的轴向、径向和总体悬浮力大小及其随位移的变化关系,仿真结果表明该系统能够产生足够大的悬浮力,在轴向上是被动悬浮的,不需外部控制。仿真结果验证了该系统的可行性和理论分析的正确性,为该系统的进一步研究及其工业应用提供参考。     

气隙调衡式混合励磁直线同步电机特性

针对直线电机无绳提升系统中因气隙不均匀引起的轮轨间振动、噪声和磨损等问题,设计新型的混合励磁直线电机. 通过改变次级励磁电流来调节双边气隙磁场和法向电磁力,进而调节双边气隙平衡,有效地降低轮轨间压力. 介绍新型电机的拓扑结构及气隙磁场调节原理,分析主要结构参数对电机性能的影响,确定样机的基本参数. 研究不同负载工况下次级励磁电流对法向电磁力的调节特性,分析次级励磁电流对直线电机空载反电势和电磁推力的影响. 研究结果表明,次级直流励磁电流对电机法向电磁力具有良好的调节能力,对电机推力输出基本没有影响. 在相同的负载工况下,法向电磁力随次级直流励磁电流基本呈线性变化. 当电机负载增大时,直流励磁电流对法向电磁力的调节能力略有降低. 实验结果与有限元分析结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性.