考虑磁饱和的共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机径向力模型

无轴承开关磁阻电机一般工作在磁路饱和状态,其径向力解析模型的建立是实现稳定悬浮控制的基础.针对无轴承开关磁阻电机径向力的严重非线性问题,提出了一种用一次线性关系描述材料磁化特性的拟合方法,利用该方法针对一台共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机求取了气隙磁场强度,并利用麦克斯韦应力法推导了考虑磁饱和的全周期径向力解析模型.搭建了样机的有限元模型并进行了仿真分析,将仿真结果与线性模型、考虑磁饱和的径向力解析模型计算结果比较,验证了在大电流饱和状态下该模型的准确性.所建的径向力解析模型无需分段,即可在整个电机工作区计算电机径向力,将其应用于控制系统中具有计算速度快、通用性强的特点,为无轴承开关磁阻电机控制策略的研究奠定了理论基础.     

基于麦克斯韦应力法的双绕组无轴承开关磁阻电机新型数学模型

现有的双绕组无轴承开关磁阻电机麦克斯韦应力法数学模型忽略了相互垂直方向上径向悬浮力的耦合,但当转子偏离定转子齿极中心对齐位置较大时存在较强的耦合,故现有模型难以满足高精确度稳定悬浮控制要求。选择一种计及相互垂直方向悬浮力耦合的新积分路径,建立了基于麦克斯韦应力法的双绕组无轴承开关磁阻电机新型数学模型,同时为计及电机磁路的饱和特性,采用最小二乘法对铁心材料的非线性磁化曲线进行拟合,求解考虑磁饱和的各气隙磁密。通过与有限元仿真结果对比,验证了所建模型不仅揭示了相互垂直方向上径向悬浮力的耦合关系,考虑了磁饱和特性,且具有精确度良好、计算量小等优点,为实现高精度稳定悬浮控制奠定了基础。     

一种改进的无轴承开关磁阻电机数学模型

类似于常规开关磁阻电机,无轴承开关磁阻电机的定、转子极宽并非总是相等,通常转子极宽略大于定子极宽,在建立数学模型时应当考虑这一因素.现有的无轴承开关磁阻电机数学模型都存在电机定、转子极宽相等的约束.考虑无轴承开关磁阻电机定、转子极宽可能存在的不相等因素,采用基于直线磁路和变椭圆系数的椭圆形磁路分割法求取气隙磁导,推导出无轴承开关磁阻电机的通用数学模型,使其不仅适用于定、转子极宽相等,而且适用于转子极宽大于定子极宽的情况.以实验室样机为例,将基于所建模型的分析结果与有限元分析结果进行了对比,验证了所建数学模型的正确性,精确度满足工程要求.应用所建立的无轴承开关磁阻电机数学模型,分析了定、转子极宽不等对悬浮力和转矩的显著影响.     

宽转子极无轴承开关磁阻电机径向力模型全周期拓展

针对单绕组宽转子极无轴承开关磁阻电机在定转子极非完全交叠区间的径向悬浮力模型空白、已有定转子极完全交叠区间径向悬浮力模型推导过程复杂且计算量大的不足,首先通过磁场有限元分析,分别确定了该电机在定转子非完全交叠区间和完全交叠区间的电磁场几何分布,计算了气隙磁密,再根据麦克斯韦应力法分别推导了这2个区间的径向力表达式,从而建立该电机在一个完整周期范围内的径向力数学模型,并通过与三维有限元计算结果的对比验证该模型的准确性。相比于利用等效磁路图推导径向力模型而言,该建模过程更简便,计算量也更小。全周期径向力模型的建立,不仅能为电机本体和控制器设计提供理论参考,还有助于提高该电机控制策略设计的灵活性,也可以提高与传统单绕组无轴承电机控制器的通用性。     

无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型

针对现有无轴承开关磁阻电机数学模型忽略磁饱和或对磁饱和考虑不充分的不足,将麦克斯韦张量法和磁路分析法结合起来,提出了一种计算无轴承开关磁阻电机径向电磁力的方法.该方法考虑了电机运行过程中磁饱和以及转子的偏心位移,能够准确的描述电机径向电磁力的特性,为电机运行状态的离线分析和电机的设计提供了更为可靠的理论依据;该模型同时为无轴承开关磁阻电机电磁振动和噪声的预测与控制提供了理论依据.以一台实验样机为例,建立了考虑磁饱和的无轴承开关磁电机有限元分析模型.仿真结果证明了该解析模型的有效性.     

无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析

阐述了无轴承开关磁阻电机径向悬浮力产生的原理,考虑电机内复杂的磁场饱和情况,定性分析了主、副绕组电流大小对悬浮力的影响.计及磁场饱和,建立了无轴承开关磁阻电机的有限元分析模型,以一台3kW样机为例计算了各种主、副绕组电流组合时的转矩与悬浮力.数值计算结果验证了定性分析所得结果,表明无轴承开关磁阻电机在运行中存在比传统开关磁阻电机更加复杂的磁饱和现象,磁饱和使得电机悬浮力与绕组电流关系严重非线性,而且悬浮力大小并非总是随绕组电流的增加而增加,存在随电流增加悬浮力减小的情况,这必然给稳定悬浮控制带来困难.     

无轴承开关磁阻电机麦克斯韦应力法数学模型

针对已有基于虚位移法的无轴承开关磁阻电机数学模型推导复杂的缺限,从麦克斯韦应力法角度出发,建立了考虑电机磁饱和特性的数学模型。在大电流饱和状态下,该模型有效地描述了电机产生的径向悬浮力和电磁转矩。利用有限元分析的方法验证了该模型的优良特性。试验结果显示利用该模型能够很好地实现电机稳定悬浮,表明采用麦克斯韦应力法建模的正确性和可行性。该方法的应用为研究无轴承开关磁阻电机电磁力分布提供了新的思路。     

一种新型的无轴承开关磁阻电机数学模型

针对经典采用直线磁路和椭圆形磁路分割求取气隙磁导的无轴承开关磁阻电机数学模型的局限性，文中提出了一种基于直线磁路和改进的椭圆形磁路分割求取气隙磁导的新型无轴承开关磁阻电机数学模型，该数学模型不仅保证定、转级对中位置时电磁转矩的连续性，而且同时较为准确地描述了沿α和β方向径向悬浮力之间的耦合关系。不仅如此，基于该数学模型在一定程度上拓宽无轴承开关磁阻电机的有效工作区域，仿真分析验证了该数学模型的优良特性。     

一种无轴承开关磁阻电机悬浮性能分析

提出了一种新型结构无轴承开关磁阻电机,其结构简化,运行过程中不需要切换控制绕组,降低了控制系统的复杂性。分析了该电机的结构特点和悬浮原理,并基于有限元计算法对新型结构电机和常规结构电机进行了比较,包括:1)两种电机在旋转过程中转子径向气隙磁密分布、径向力产生情况以及产生悬浮力的同时对静态输出转矩的影响;2)比较了控制绕组通电电流变化时产生径向力情况及对静态旋转转矩的影响。性能分析及比较结果表明,新型结构无轴承开关磁阻电机具有优良的悬浮与旋转性能,研究结果为该电机的进一步建模及运行控制建立了基础。     

单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型

针对现有的单绕组磁悬浮开关磁阻电机在建立数学模型时常忽略磁饱和影响的不足,利用麦克斯韦应力法,结合等效磁路分析法,推导了考虑磁饱和特性的单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型。以一台样机为例,建立有限元仿真模型,同时对比基于虚位移法推导所得的数学模型,验证数学模型的正确性和优越性,为电机的运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论依据。     

NdFeB永磁汽车起动电机分析

NdFeB水磁汽车起动电机是一种很有发展前途的新型电机.本文论述了该种电机在设计过程中其永久磁钢尺寸、电机极数的选择原则,阐述了其不同于普通电机的特殊制造工艺,并将该种电机与传统的励磁式起动机性能进行了对比.作为说明,最后举出了两个NdFeB起动电机实例.     

Studies on thrust characteristics of high‐thrust spiral motor

Linear actuators are used in various industrial applications. Conventional linear actuators are a combination of a rotational motor and a ball screw, a hydraulic actuator, or a linear motor. However, these actuators have some demerits. This paper proposes a spiral motor (SPRM) that comprises a helical stator and a helical mover. Owing to its helical structure, the SPRM can be expected to show better performance compared to the conventional linear actuator. A stator and a mover are shown in Figs. 1 and 2, respectively. Helical motion is obtained by this motor and only linear motion is extracted by canceling rotational motion at the end effector. There are two types of SPRMs. One has no ball screw on the output axis, while the other has a ball screw. The former can be used in a direct drive system. However, the gap between the stator and the mover should be controlled because the motor is a magnetic levitation system without a ball screw. Further, the motor requires two three‐phase inverters. The other motor is easy to control because it does not require gap control. However, the motor is inferior to the first motor with regard to position control since the friction in this motor is larger. In this study, a prototype of the SPRM is developed. The prototype constructed is a motor with a ball screw. In this motor, the stator and mover are made of block cells. The stator block is shown in Fig. 3 and the mover block is shown in Fig. 4. The prototype of the SPRM shown in Fig. 5, is developed by using these two blocks. An experiment is conducted to examine the driving of the SPRM. The experimental result is shown in Fig. 6. From this result, it is evident that comprising a helical stator and a helical mover can generate linear motion. Another experiment is conducted for measuring the thrust characteristic of the motor. The result obtained is shown in Fig. 7. From the figure, the thrust constant of the spiral motor, K_f, is obtained as 538.0 N/A. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 177(2): 58–64, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21168     

"自控变频同步电机"系统中的交流电机是箝位电动机

针对直流电动机中电枢磁动势的轴线位置由电刷决定的特征,提出了箝位概念,指出自控变频乃是箝位效应的直接后果。对作为电机类型名称的"同步"一词之含义作了明确地阐述,同步电动机是无箝位电动机,稳定运行的同步电动机内频率与本机转速之间的因果关系是以恒定的频率为因。直流电动机是箝位电动机,箝位效应使直流电动机中频率与转速的因果关系颠倒成以易变的转速为因,直流电动机具有优良的控制性能以及无振荡的特性都与箝位的存在密切相关。"自控变频同步电机"系统中的电动机应是交流箝位电动机,而不是同步电动机。     

关于发展我国超高效率电机的一些考虑

介绍了国外超高效率电机的现状,以及国内发展该类电机的意义,提出了对超高效率电机能效指标的一些考虑,并指出发展这类产品应着重在新材料,新工艺和优化设计上采取措施,以控制电机成本的增加,以利于推广应用。     

存在箝位效应的直流和交流电动机

直流电动机中的电刷能够指示直流励磁磁极的位置,又可以控制电枢电流的相位,直流电动机应是箝位电动机。本文通过理论分析阐明了箝位效应与直流电动机性能特征之间的关系。箝位和同步是两种不同的运行特征,具有直流励磁磁极的电动机可以据此分成两类型电动机。自控式"同步电动机"是用磁极位置传感器接替原直流电动机中的电刷及其箝位功能并对三相电枢电流之相位直接控制的箝位电动机,而矢量变换控制的"同步电动机"实际上是间接控制三相电枢电流相位的箝位电动机。     

高速无轴承永磁电机设计与分析

高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。     

印制绕组电机的设计要点

阐述了印制绕组电机的设计要点，这些要点将直接影响到印制电机的性能。     

关于发展我国超高效率电机的一些考虑

介绍了国外超高效率电机的现状，以及国内发展该类电机的意义，提出了对超高效率电机能效指标的一些考虑，并指出发展这类产品应着重在新材料，新工艺和优化设计上采取措施，以控制电机成本的增加，以利于推广应用。     

Windows95环境下单相异步电机CAD系统

利用面向对象技术、多文本窗口及菜单技术，将单相异步电机的设计过程加以抽象、概括，用ＭＳＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ４．０语言开发了通用性极强的单相异步电机ＣＡＤ软件，并且包含了数据库管理系统。具有较强的文字、图形辅助功能，在中文Ｗｉｎｄｏｗｓ９５环境下运行，操作非常简便。     

永磁交流伺服技术及其进展（续3）

本文为“永磁交流伺服技术及其进展”(见1990年《微电机》第4期)的续篇,介绍伺服驱动器的组成和工作原理,交流伺服驱动器与直流伺服驱动器的主要差别,及直流伺服电动机、同步型交流伺服电动机和异步交流伺服电动机三类电机性能特点的比较。