多自由度运动电机永磁转子位置实时检测系统

针对目前在多自由度电机研制中遇到的转子位置检测的精准度和实时性较差的问题,介绍一种具有普遍意义的新型的永磁转子偏转式三自由度电机转子位置检测的方法。为了实现转子在三个方向偏转的检测,提出了一种通过4个霍尔传感器检测转子磁场的非接触式检测方法,并通过建立偶极子模型确定磁体位置和磁场的关系来实现对磁场测量数据的逆向分析求解,最后结合算法对下位机和上位机进行编程,搭建了三自由度电机转子位置检测的实验平台来检测转子位置。通过具体实验数据对比分析可知,该方法有效实现了对转子位置的实时检测,为进一步的研究和实验提供了借鉴和参考。     

一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计

在简述永磁球形多自由度电机的优越性能的基础上,针对一种新型永磁球形多自由度电机提出了4种永磁转子设计方案,对每一种永磁体结构进行了静磁场磁通密度模值和磁场分布计算,建立了球坐标下永磁体磁场解析求解模型,进行对比分析.同时基于三维有限元软件,对各种永磁转子结构的球形多自由度电机转矩特性进行了计算和仿真.设计制备了5个圆柱体组合结构的钕铁硼永磁转子来代替球形结构,制作了模型样机.理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,并对转子永磁体的受力进行了测试,与仿真计算结果一致.     

基于等效电流模型的永磁多自由度电机位置检测方法的研究

提出了一种新的永磁体磁场建模方法及三自由度电机转子的位置检测方法。根据分子环流假说和毕奥-萨伐尔定律将圆鼓形永磁体等效为相应的电流模型,从而得到永磁体的静磁场,再经过一定的坐标变换,将静磁场变为运动的旋转磁场,并通过一组霍尔传感器获得永磁体的实时位置。通过对永磁体的磁场建模进行仿真验证,并且与多项式近似法进行误差的对比,从而验证方法的可靠性。     

永磁多自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

本文在介绍一种新型结构的永磁多自由度电机的基础上,详细阐述了其结构和工作原理,给出了线圈电流的计算公式,采用三维有限元法仿真得到了电机转子在不同位置下的磁密和磁感应强度并进行了对比分析。同时基于三维有限元法仿真分析了在不同大小的线圈电流下和不同的线圈位置下所产生转矩大小以及可以使转矩最大化的线圈最佳位置,以及电机在两种旋转运动方式下的转矩大小。仿真计算结果证明了该电机实现多自由度运动的可行性和优越性,其结果可为进一步的研究和实验设计提供借鉴和参考。     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

永磁转子多自由度电机可实现输出轴的多自由度运动,简化电机机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。该文提出了一种蝶形永磁转子偏转式三自由度电机,基于有限元法建立了该电机的三维有限元模型,对电机转子磁场的分布进行了计算和分析,并与解析模型的计算结果进行了对比验证。在此基础上,计算并分析了该电机的自转转矩和偏转转矩,并与鼓形永磁转子偏转式三自由度电机的磁场和转矩进行对比分析,结果表明蝶形永磁转子偏转式三自由度电机可增大气隙磁通密度和自转转矩的幅值,有效改善和提高偏转转矩的幅值,并增加偏转运动的范围。最后,对样机进行了测试,并将实验结果与有限元及解析模型的计算结果进行了对比验证。     

基于脉冲计数的无位置BLDCM转子位置精确检测方法

分析了BLDCM三相反电动势波形、三相端电压波形与电机转子位置关系。对BLDCM无传感器控制方式下转子位置的精确检测作出研究。利用电机转速、当前导通相、PWM频率与电机转子位置间关系,通过对电机逆变侧所通PWM脉冲进行计数,并采用校正算法来确定电机转子的精确位置。在Matlab/Sim-ulink下对该转子位置检测方法进行建模,设计了基于DSP F2812的BLDCM控制平台。仿真和实验对比验证表明,该类检测方法能准确得到电机转子所处位置,满足转子位置精确检测的精度与要求。     

异步电机精准磁场定向控制策略研究

针对传统的矢量控制方法存在参数易漂移、磁场定向不准的问题,提出了一种基于电机转子磁链位置角的磁场定向校正方法,实现异步电机精准磁场定向控制。具体实现方法为在原有的矢量控制模型下,加入前馈解耦,由解耦后的电机模型推算出转子磁链位置角用以补偿转子时间常数,使电机能够保证精准的磁场定向。仿真和实验结果表明：提出的基于转子磁链位置角的磁场定向校正算法能准确地辨识出转子时间常数,实现异步电机精准磁场定向控制,改善电机的控制性能。     

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。     

双定子球形电机空间磁场的谐波分析

空间上进行多自由度运动通常是由几个单自由度电机组合实现,而球形电机可以独立进行三自由度运动。在分析了不同结构的永磁球形电机磁场分布的基础上,提出了一种新型双定子永磁球形电动机及其套层转子结构空间磁场谐波含量分布。首先阐述了其结构及运行原理,采用有限元法分析了电机内外气隙磁通密度径向的谐波含量的分布,然后通过离散傅里叶级数进行转子结构参数的谐波分析。最后搭建实验样机平台,验证了电机及其转子结构参数谐波分析有限元模型的有效性,参数谐波含量变化规律的正确性。     

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。     

基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法

开关磁阻电机的转子必须与电机磁场保持同步才能保证电机的正常运行,因此对转子位置信息的准确检测非常重要。提出一种基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法,通过给自举电路中的电容充电,向各相绕组中注入诊断脉冲电流,根据各相诊断电流峰值和转子位置的关系,判断转子所在区间。该方法不依赖电机的具体电感模型,对控制系统带宽要求较低,无须电流闭环控制,检测过程不会造成电机转子的附加位移。阐述了利用自举电路检测开关磁阻电机初始位置的基本原理,给出了自举电路相关元件的选取原则,通过实验验证了所提出方法的有效性和实用性,并对引起误差的原因进行了分析。     

无位置传感器永磁同步电动机控制系统

通过建立永磁同步电动机的数学模型和研究无位置传感器的控制技术，提出了在不同情况下检测电机转子位置方法。利用电机绕组中电压和电流信号，通过高频电流注入法和扩展卡尔曼滤波法对转子初始位置及转子运动时的转子位置进行检测。给出了基于DSP的无位置传感器永磁电机矢量控制系统设计方案。     

无轴承磁悬浮电机系统中的非接触传感器

文章介绍了适用于磁悬浮电机系统的非接触式转子位置传感器,对其原理、性能以及适用范围作了比较,系统地研究了涡流传感器的动、静态特性,分析了转子检测系统的误差来源及表现形式,提出了消除方法。给出了涡流传感器对一台无轴承磁悬浮电机系统转子位置检测的应用实例及其结果。结果说明涡流传感器结构简单,动态性能好,输出信号强,可以满足磁悬浮电机系统多自由度复杂控制的要求。     

变磁通轴向磁场永磁电机机械动力学分析与弱磁能力研究

对机械变磁通轴向磁场永磁电机(MVFAFPMEM)进行机械动力学与电磁场仿真分析,研究机械调磁装置的运动特性、角度调节能力及电机弱磁能力。基于机械系统动力学自动分析(ADAMS)虚拟样机技术,研究了不同转速下凸轮角加速度和弹簧形变情况,获得了转子错开角度随电机转速的变化规律;利用有限元方法计算了转子错开角度变化时的电机气隙磁场,研究了凸轮式机械调磁装置对电磁特性的影响。仿真结果表明,利用所设计的调磁装置,可使电机两转子间的错开角度在0°~21°范围内变化,弱磁能力较强。试验结果验证了理论与仿真分析的正确性,利用凸轮式机械调磁装置能够根据电机转速自动调节两转子间的相对位置,实现轴向磁场永磁电机气隙磁场强度的宽范围调节。     

在线调整模型法开关磁阻电机位置检测

提出了一种基于非线性模糊模型并经在线调整的开关磁阻电机(SRM)转子位置检测的方法.该方法在初步建立开关磁阻电机电流、磁链和转子位置非线性模糊模型后,结合电机的运动方程对该模型进行在线调整,使该模型表达的这三者关系更加准确.研究证明,这种转子位置检测方法具有很高的精度.     

盘式开关磁阻电机两条关键位置处磁化曲线的解析计算

轴向磁场盘式开关磁阻电机综合了轴向磁场盘式电机和开关磁阻电机的优点,具有重要的应用价值,对这种电机性能的分析和设计是基于其不同转子位置处的磁化曲线。本文以三相6/4极轴向磁场盘式开关磁阻电机为例,采用解析方法,推导得出了该电机定、转子齿中心线对齐位置和定子齿中心线与转子槽中心线对齐位置两个关键位置处的磁化曲线,通过三维有限元方法及实验样机测试,验证了本文给出的解析计算方法的精确性。     

混合驱动式永磁多自由度电机磁场及转矩分析

针对目前多自由度仿生电磁驱动研究所面临的问题,提出了一种新型的采用液质悬浮模式的混合驱动永磁多自由度电机。文章详细介绍了电机的结构及工作原理,建立和提出了适合于该电机的磁场和转矩计算方法;采用解析法和有限元法对电机气隙磁场进行对比分析,分析结果相互验证。最后对该电机大范围运动和精细运动的转矩特性进行了计算和仿真。研究结果表明该电机结构的合理性,并为电机进一步的优化及实验提供理论及数据支持。     

高速永磁外转子爪极电机多物理场分析与驱动系统设计（英文）

由于高频供电与高速旋转的影响,与传统电机相比高速电机设计面临更严峻的问题,如电磁场分析,转子应计算,转子动力学特性和驱动系统。本论文基于高速永磁外转子爪极电机进行研究,推导了电机外转子应力的理论解析表达式,并采用有限元方法对其进行了验证。高速转子的设计应满足其动力学特性要求,利用有限元方法分析了转子动力学特性并与不同转子结构进行了对比。此外,搭建了无位置传感器驱动系统仿真模型,并对高速永磁外转子电机进行实验研究,证实了驱动系统的可行性。     

定子槽开口对感应电机转子涡流损耗的影响

为了精确计算感应电机转子上的涡流损耗并探讨定子开槽对其产生的影响,对于额定功率为2.2 k W极对数为4的小型铸铝转子感应电机中转子涡流损耗情况进行了详细分析。通过建立不同定子槽开口的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论分析与二维有限元的计算方法,研究了电机气隙谐波磁场与定子槽开口的关系,揭示了转子中不同位置的磁密与涡电流分布情况,并对比分析了不同槽开口模型中转子铁心与导条中涡流损耗的大小关系。仿真结果表明:气隙中的谐波磁场以及转子铁心表面的涡电流密度都随着定子槽开口增大而增大;转子铁心及导条中的涡流损耗随定子槽开口的增大呈二次函数的增长趋势。     

基于外加线圈的开关磁阻电机无位置传感技术

针对开关磁阻电机在运行时需要知道准确的转子位置信息,提出一种基于外加检测线圈法的无位置传感器控制技术。该方法是在电机定子槽中加装检测线圈并在其中通入高频电压信号,随着转子在不同的位置时,检测线圈中的磁场会经过不同的磁路而使得其电感值发生变化,因此,可以通过检测线圈中的电感曲线或者电流包络线来判断转子的位置信息。利用Ansoft软件分析了电机的基本电磁特性并完成了基于外加检测线圈法的开关磁阻电机无位置传感器仿真。通过对仿真实验数据的分析可以看出,外加检测线圈法满足对转子位置信息的检测,并且加入的检测线圈对于电机本身的性能和电磁特性基本没有影响,验证了该方法的有效性和可行性。