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...     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

设计辅助齿抑制永磁同步直线电机端部效应

永磁同步直线电机的端部效应会引起推力波动和法向力波动,影响电机的正常运行。针对这一问题,提出在电机端部添加辅助齿来抑制力的波动。对电机端部推力和法向力进行了理论分析,确认可以通过多组波动力叠加后相互抵消的方法抑制推力和法向力波动。建立12槽10极直线电机模型,进行有限元仿真分析,研究辅助齿齿厚与端部效应引起的力波动幅值的关系,并对辅助齿进行优化。     

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。     

永磁同步电机转子表面辅助槽 对齿槽转矩的影响研究

针对永磁同步电机存在的齿槽转矩过高引起的电机振动噪声问题,对转子表面辅助槽结构进行了优化。通过永磁同步电机齿槽转矩产生的原理,分析了转子结构对电机齿槽转矩的影响,探讨了转子表面辅助槽结构与电机齿槽转矩的关系,并进行了推导归纳;利用有限元软件搭建了8极48槽内置式永磁同步电机模型,以该内置式永磁同步电机模型为载体,通过改变气隙磁密谐波分量,采用多目标遗传算法计算出了辅助槽个数、位置和深度3个设计变量的最优解,得到了辅助槽结构的最佳设计方案。研究结果表明:采用优化后的转子表面辅助槽结构,可以有效降低内置式永磁同步电机的齿槽转矩,增加气隙磁密基波幅值,降低了5次和7次谐波幅值,使齿槽转矩峰值降低了76.2%,并且保证电机性能不降低。     

考虑定位力及波纹力的电磁悬架作动器波动力抑制方法

针对轮边驱动电动汽车设计了一种直驱式的电磁悬架作动器。针对作动器存在的电磁力波动大的问题,提出了从空载定位力及负载波纹力两方面进行抑制的方法。建立作动器的磁场理论计算模型,通过对绕组磁链及感应电动势进行解析,验证了有限元模型的正确性。空载情况下基于有限元模型参数化分析了端部齿长度对定位力的影响,改进了定子长度。以感应电动势总谐波畸变率THD值作为评价指标,考虑了负载情况下的波纹力,通过改进槽口的宽度,以减小THD值及电磁力的波动。结果表明：当定子长度为182 mm时,定位力最小为24.0N,减小了75.6N;当槽口宽度为4.5 mm时,感应电动势THD值最小为4.5%,波纹力减小了3.2N。改进后作动器电磁力波动值仅为20.8N,降幅为80.1%,有效解决了波动力大的问题。     

单连续狭缝气体静压止推轴承的静态特性研究

提出一种单连续狭缝气体静压止推轴承,应用Gambit软件建立轴承三维气膜模型,并利用Fluent软件对模型进行仿真求解,研究狭缝位置、狭缝深度和狭缝宽度对轴承的承载力、刚度、耗气量等静态特性的影响。结果表明:随着狭缝所在圆半径的增大,耗气量增加,承载力和刚度均先增大后减小;随着狭缝宽度的增大,承载力逐渐增大并趋于平缓,刚度和耗气量先增大后减小;随着狭缝深度的增加,承载力和耗气量呈线性减小,刚度则先增大后减少。因此,选择合适的狭缝结构参数可以提高轴承的静态特性。基于仿真结果,设计并制造一种组合式单连续狭缝气体静压止推轴承,在气体轴承试验台上测试其在不同供气压力下、不同气膜厚度下的承载力。结果表明:轴承承载力随着气膜厚度的增大而减小,随供气压力的增大而增大。设计的连续狭缝气体静压止推轴承可以满足精度要求,其试验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

多孔质气体止推轴承跨缝过程时变特性研究

针对某大型超平气浮支撑平台上卫星模拟器所使用的多孔质气体止推轴承,在跨越气浮平台的拼缝过程中存在的运动卡滞和自激振动问题,建立多孔质轴承气体润滑理论模型,考察气体轴承的稳态特性;使用有限元法分析多孔质气体轴承通过拼缝时的动态时变特性,并分析压力分布、承载能力、倾覆力矩的变化。结果表明:平台拼缝间隙的存在对多孔质气体止推轴承压力分布造成了较大的影响,导致跨缝过程中其承载能力大幅降低,从而造成轴承表面划伤,因此在轴承的设计选用中应留有较多的承载余量;多孔质气体止推轴承在跨峰过程中,在其运动方向上存在呈正弦波动的倾覆力矩,但对其正常使用不会造成影响。     

螺旋槽狭缝节流动静压气体止推轴承静态特性

为优化动静压气体止推轴承的承载特性,设计一种具有螺旋槽和狭缝节流器结构的动静压气体止推轴承,采用Fluent对轴承静态特性进行仿真分析,通过改变主轴转速、供气压力,研究气膜厚度、螺旋槽宽度、狭缝厚度等参数对轴承静态特性的影响。结果表明:相对狭缝节流止推轴承,增加螺旋槽结构可以提升轴承的动压效应增强,从而提升轴承的承载力和刚度;相同条件下,气膜厚度越大,轴承的承载力和刚度越小;主轴转速和供气压力增加,承载力和刚度均提升明显;螺旋槽宽度增加,轴承的承载力和刚度先增大后减小;狭缝厚度增大,轴承的承载力先增大后不变,刚度先增加后减小;狭缝深度提升,轴承的承载力减小,刚度先增大后减小。     

基于定子电流谐波的异步电动机转速测量研究

提出了一种测量封闭体内电动机转速的方法。通过测量异步电动机定子电流内的转子槽谐波频率分量和偏心频率分量,辨识出转子槽数,用转子槽谐波频率和转子槽数获得电动机的转速。     

直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。     

Relationship between geometric errors of thrust plates and error motions of hydrostatic thrust bearings under quasi-static condition

A new model using approximate formulas is established to predict the error motions of hydrostatic thrust bearings. Three different types of geometric errors of thrust plates are listed in this paper including tilt errors, saddle shaped errors and petal shaped errors. The influences of them on lateral tilt error motion, longitudinal tilt error motion and axial error motion are discussed. Definitions of averaging coefficients are made based on the approximate formulas. It is found that the time-varying tilt errors are the main reason for the error motions of hydrostatic thrust bearings. The thrust bearings with six pairs of recesses have priority over the thrust bearings with four and three pairs of recesses in the view of rotation accuracy. Experiments are done using a hydrostatic rotary table with an outer diameter of 2 m. It is found that the second harmonic errors are the main component of the radial run-out and the results agree well with the results calculated from the approximate formulas.     

The design of high efficiency flat pad aerostatic bearings using laminar restrictions

The design of flat pad aerostatic bearings is examined to determine the best inlet arrangement to achieve high load capacity. The paper shows that like all other forms of aerostatic bearings, the optimum selection of supply to inlet pressure (K_g) and the optimum position of inlet devices can be achieved. The paper demonstrates a relatively new type of inlet geometry — the capillary inlet slot. Both single thrust pad and opposed flat pad bearings arrangements are examined. A theoretical analysis of the flat pad arrangements has been developed using a finite difference approach previously adopted for the analysis of externally pressurized journal bearing arrangements¹.