两自由度直驱感应电机运动耦合分析

两自由度直驱感应电机满足特殊场合的需求,其轴端可输出旋转、直线或螺旋运动。针对两自由度直驱感应电机多运动形式的耦合性造成对其特性分析具有一定困难,通过建立两自由度直驱感应电机的简化模型,利用麦克斯韦方程组建立旋转运动与直线运动之间相互影响的运动耦合数学模型,并对两自由度运动耦合影响进行定性分析;建立了两自由度直驱感应电机的三维有限元参数化模型。通过对电机在不同运行状态下进行仿真分析进行验证,结果显示旋转运动对直线运动存在一定的削弱影响,而直线运动对旋转运动影响则很小。说明所建立的运动耦合数学模型的合理性和可行性,对于旋转-直线电机的理论研究和应用具有一定的参考价值。     

永磁球形多自由度电机研究进展综述

简述了永磁球形多自由度电机的优越性能,首次提出了永磁球形多自由度电机的分类,重点介绍了国内外的永磁球形多自由度电机最新研究进展和研究中遇到的问题,并探讨了永磁球形多自由度电机的发展前景和趋势。最后在三维有限元软件环境中对一种永磁球形三自由度电机的转矩特性进行了仿真计算,给出了仿真结果,对电机转矩特性进行了分析和讨论。     

感应式球形电机结构设计与参数分析

针对目前多自由度电机结构复杂,控制难度高的问题,提出一种新型多自由度球形感应电机。该电机由三个空间对称分布的弧面定子驱动球形转子实现多自由度运行。首先,介绍了电机的基本结构和运行原理并对根据直线感应电机的设计理对电机主要参数进行计算;然后,建立Ansoft/Maxwell有限元仿真模型对电机进行稳态磁场仿真;同时对电机在不同转子参数以及不同激励时的稳态运行特性进行分析,为这类电机的优化设计与运动控制提供依据。结果表明:在额定激励下,感应式球形电机单个定子可产生1N·m的稳态转矩,稳定转速可达350r/min,满足多自由度运行要求。     

多自由度短行程超精密平面电机技术发展综述

多自由度短行程超精密平面电机具有高精度、高速度、高频响等优点,在半导体光刻加工、超精密测量、生物芯片技术等现代精密、超精密加工装备领域具有广阔的应用前景,近年来受到学术界的广泛关注。本文介绍了多自由度短行程超精密平面电机的研究现状,对近年来国内外用于实现超精密定位的主流结构进行了综述,总结了目前超精密平面电机的主要研究内容与关键技术,并讨论了其未来的发展趋势。     

实心转子感应电机研究与发展概况(上)

以实心转子感应电机为研究对象,查阅参考国内外的相关文献,归纳总结了实心转子高速电机、旋转直线感应电机以及平面感应电机研究现状,讨论了实心转子感应电机未来的研究热点与发展趋势。     

多相感应电机的电子变极技术

传统感应电机构成的交流传动系统恒功率运行区间是有限的,为了使交流传动系统具有宽广的恒功率调速运行范围,在多对极多相系统变换理论的基础上,提出通过多相电机的电子变极实现宽范围恒功率调速.利用多相电机具有多个控制自由度的特点,通过多相电机转差频率控制产生不同平面的谐波电流,使电机在不同极对数的旋转磁场下运行,实现了在不停电情况下的电子变极.给出了9相感应电机3对极和9对极的变极实验,实验结果表明多相电机能够在不停电的情况下实现变极,从而可有效地拓宽恒功率调速运行范围.     

多自由度电机的发展及关键技术综述

多自由度电机可以实现空间中的复杂运动,且具有结构简单、精确度高等优势,在机器人仿生关节、机械手臂及工业制造业上具有广阔的应用前景。对多自由度电机的背景、基本原理及技术优势进行了相关叙述。按照驱动机理的不同将多自由度电机进行分类,并对当前多自由度电机的国内外研究现状进行了总结。此外,基于多自由度电机的运动特点,对电机控制过程中的位置检测技术和运动控制策略进行了相关分析。最后,从多自由度电机的结构、控制体系、材料及制造工艺等方面进行了相关的叙述,对多自由度电机的发展趋势进行预测。通过对多自由度电机的研究与分析,为其未来的发展提供参考。     

电动汽车用多相电机电流控制策略比较

针对多相电机具有多控制自由度、容错性能强等特点,对电流环的建模、分析与实现进行了研究。根据多相电机的多平面数学模型,推导了基波和谐波平面的电压方程,构建了不同平面的电流环,提出了一种静止坐标系下的比例谐振控制方式(PRstat)。从理论上对电流环的参数选择进行了详细阐述,并且给出了离散化系统的参数优化方法。从电流环动态响应、开关纹波等角度,对比了旋转坐标系比例积分控制方式(PIsync)、静止坐标系比例积分控制方式(PIstat)和滞环控制方式(Hyst)。最后,构建了一套五相感应电机控制系统,实验结果证明了比例谐振电流控制方式的可行性与先进性。     

两自由度直驱感应电动机的特性分析

两自由度直驱感应电动机的实心铁磁圆柱结构转子的涡流场和磁场分布非常复杂,造成电机特性计算比较困难。采用"透入深度法"建立两自由度直驱感应电动机的数学模型并对其进行特性分析。通过建立两自由度直驱感应电动机的有限元模型进行仿真验证和特性分析。解析法与有限元法结果的对比结果较为吻合,表明透入深度法应用于两自由度直驱感应电动机的合理性。对于旋转-直线电机的设计、研究和应用具有重要的参考价值。     

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。     

带转子参数辩识的五相感应电动机无速度传感器控制策略研究

多相感应电机具有多平面特性,该文以五相感应电机为例,利用基波平面和三次谐波平面的正交特性,实现两个平面参数的并行辨识。其一,为实现宽范围的无速度传感器运行,克服传统滑模观测器低速性能差等缺点,在三次谐波平面中采用带定子电阻辨识的滑模速度观测器。其二,基波平面采用转子时间常数在线观测算法,消除因温度、集肤等引起转子参数变化的负面效应,为无速度传感器算法提供精确的电机参数,进一步提高电机瞬态性能。为此,构建了一套五相感应电机控制系统,仿真和实验结果证明了带转子参数辨识无速度传感器控制策略的可行性。     

多自由度球形超声波电机的研究进展

多自由度球形电机是电机研究领域的一个前沿课题.本文简要回顾了多自由度球形电机的发展历史和现状,重点分析探讨了四种典型的多自由度球形超声波电机的结构、机理、性能、特点,最后指出了多自由度球形超声波电机的一些研究重点.     

基于转速-电压坐标平面的暂态电压稳定分析

针对感应电机类动态负荷引起的暂态电压稳定问题,提出了一种基于转速-电压坐标平面的暂态电压稳定问题的分析方法,描述了感应电机类动态负荷在转速-电压坐标平面上的稳定边界。通过转速-电压坐标平面上电机运行点与稳定边界间的关系,可直观判断感应电机的加减速状态,并可清晰地解释感应电机类动态负荷在受到扰动后的暂态过程中引发电压失稳的机理。通过对比感应电机在转速-电压坐标平面上的工作点与所提的稳定边界间的关系,可以判断系统是否会出现电压失稳。通过单机无穷大系统及两区四机系统的仿真算例验证了所提分析方法的有效性。     

两自由度直驱感应电机优化设计及特性分析

针对两自由度驱动技术多采用两个或者多个旋转电机以及中间传动装置的复杂性,提出一种两自由度直驱感应电机新结构,可以实现直线、旋转及螺旋运动。采用解析算法,初步确定电机的主要参数;采用有限元参数化建模方法对实心转子导电材料、导电层放置位置以及导电层厚度等进行优化。仿真结果表明,转子采用钢铜复合次级材料,钢层外置铜层内置时,电机运行特性最佳。分析了旋转运动部分和直线运动部分堵转(堵动)及突加负载情况的电机特性,分析结果表明该电机性能达到设计要求。     

HB型共永磁体二自由度平面直线电动机的研究

提出一种ＨＢ型共永磁体的新结构二自由工平面直线电机方案可用一台电机通过合理的磁系统设计实现二自由度平面直线驱动。概述了该电机的结构及原理,对电机的磁系统进行了基本解析分析,结合实际样机进行了实验研究。     

两自由度直驱感应电机静态耦合效应分析

针对一种新型两自由度直驱感应电机存在的静态耦合效应,采用3D有限元法分析直线定子供电、气隙厚度、铜层厚度等对静态耦合效应的影响。建立3D有限元耦合模型,分析静态耦合效应在旋转定子中产生的感应电流及在动子上产生的感应转矩,结果表明:恒压频比条件下,静态耦合效应随着直线定子电源频率增加而增强;随着气隙厚度的增大而增强,随着铜层厚度的增大而减弱,对两自由度直驱感应电机的优化设计及进一步研究具有一定的参考价值。     

基于递推阻尼最小二乘辨识的六自由度磁悬浮平面电机动力学模型

六自由度磁悬浮平面电机是一种新型特种电机，具有六自由度运动、直接驱动、无机械摩擦、结构紧凑等特点，在光刻机等精密制造领域极具应用前景。然而，由于该类电机具有多变量、非线性、强耦合等突出特性，难以精确获取其动力学模型。为此，论文提出基于递推阻尼最小二乘辨识的六自由度磁悬浮平面电机动力学模型。首先，推导了六自由度磁悬浮平面电机的动力学模型。其次，基于多新息最小二乘法创新的引入阻尼项建立了递推阻尼最小二乘法，之后，利用Matlab对所提出方法进行仿真，获得电机在X、Y自由度上的辨识模型。最后，通过仿真验证了所建立动力学模型的准确性，实际系统与辨识模型之间的X、Y自由度上的均方误差分别为22.42 nm、7.11 nm。     

多相感应电机的非正弦供电技术

为充分利用多相电机的多控制自由度,分析了多相集中整距绕组感应电机非正弦供电的原理,对九相集中整距绕组感应电机分别在正弦和非正弦供电下的输出转矩和电机效率进行仿真分析.在保持2种供电模式下电机齿、轭部磁密幅值分别相等、定子铜耗相同的前提下,与正弦供电相比,重载下非正弦供电时电机输出转矩提高了约7%,电机效率也有所提高.构建了一套多相变频调速系统,在该系统下对上述理论进行实验验证,并同时与一台三相正弦绕组感应电机正弦供电作对比.实验结果表明,重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时可以提高输出转矩,改善电机效率,并分析了重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时电机效率和输出转矩提高的原因.     

基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机驱动电路研究

介绍了一种新型基于压电陶瓷平面内应变特性的多自由度超声波电机，该电机通过两个平面内的弯曲振动模态的叠加实现转子绕Z轴的转动；并利用伸缩振动模态分别与上述弯曲振动模态叠加实现转子绕X轴和绕Y轴的转动。设计了一种基于直接数字频率合成器(DDS)原理的电机驱动电路，该电路利用在FPGA元件实现的DDS阵列产生四路正弦激励信号，并采用高压运算放大器进行功率放大。该驱动电路的特点是各路驱动信号幅值和频率及驱动信号之间的相位差均可以独立调整。电机样机的机械特性实验以及调节特性实验结果表明该驱动电路满足驱动基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机的要求。     

两自由度直驱感应电机电磁场分析和特性计算

能够做直线、旋转或螺旋运动的两自由度驱动器在机械工具和机器人等领域有可观的应用价值。本文提出一种具有新型结构的两自由度直驱感应电机并针对该电机镀铜铁磁空心动子特殊结构及多运动形式加剧转子电磁场分析的复杂性,采用简化三维电磁场分析的等效平板模型,利用Maxwell方程组建立电机三维电磁场约束方程并求解气隙、转子铜层和钢层的电磁场量;利用电磁场计算结果和介质表面阻抗的概念计算电机转子参数,采用等效复数磁导率考虑铁磁材料非线性磁化影响。对比分析电机等效电路模型和有限元模型的特性计算结果,表明所述两自由度电机等效电路的合理性以及采用等效平板模型简化分析的可行性。