新型斜气隙圆筒型横向磁通切换直线电机及其建模分析

该文提出一种斜气隙圆筒型横向磁通切换直线电机(oblique air-gap tubular transverse flux switching permanent magnet linear motor,OATTFS-PMLM)的方案,该新型直线电机综合磁通切换永磁直线电机和横向磁通永磁电机的优点,电枢绕组和永磁体均位于电机初级,次级结构只有铁心,且电负荷和磁负荷在结构上互相解耦,采用斜气隙和圆筒型结构,减小气隙磁阻和避免横向端部效应,具有次级结构简单、可靠性高且带负载能力强的优点。介绍该种电机的基本结构和运行原理,建立基于磁导的电机数学模型,并推导出空载主磁通、空载反电动势、电磁力与主要尺寸之间的关系式。分别通过二维和三维有限元法(finite element method,FEM)仿真计算电机磁场,并通过与传统圆筒型初级永磁直线电机对比研究,分析所提电机结构的合理性和有效性。研制一台实验样机,进行空载感应电动势和静态推力的测试实验,通过对比实验和仿真结果,验证理论分析的有效性和新结构电机原理的正确性。     

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦，且各相之间相互解耦，易于实现模块化和多相化，因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先，该文基于磁场调制原理，对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算，得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量，在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算，得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响；然后，考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题，揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响，并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力，定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响；最后，为避免共振，利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析，结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低，不会引起初级的共振，适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。     

背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机推力波动抑制

基于背靠背Ω定子聚磁动子横向磁通永磁直线电机(back-to-back Ω stator transverse flux permanent magnet linear machine,BBΩ-TFPMLM)前期研究基础,探索其推力波动对运行稳定性和定位精度影响的改善方法。首先,挖掘影响电机定位力的关键参数并对其影响机理进行剖析,提出一种通过旋转力矩来测量直线力的方法。其次,基于田口法和三维有限元分析方法对气隙长度、永磁体厚度、动子齿宽和错极距离进行仿真优化,以得到最优结构参数及电机定位力、推力、反电势曲线。最后,搭建样机实验平台测试优化参数。仿真和实验结果均表明：优化后的电机定位力峰-峰值减小38.3%,推力幅值增大21.1%,反电势幅值增大5.2%,验证了推力波动抑制方法的可行性。     

永磁开关磁通直线电动机优化设计

采用基于有限元法的单参数优化方法分析了6/5和6/7动/定子极永磁开关磁通直线电动机的主要设计参数对推力的影响,最大化了其在固定铜耗下的推力。比较两种电机的优化结果,发现其参数优化值和最大推力基本相同,但6/5动/定子极电机的定子结构更为简单。随后采用基于遗传算法的全局优化对6/5动/定子极电机的单参数优化进行了验证。最后,通过对电机端部尺寸的优化,将6/5动/定子极电机齿槽力降低了40%。     

横向磁通永磁直线电机损耗的研究

针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.     

直线永磁磁通切换电机推力脉动抑制方法分析

直线永磁磁通切换(LFSPM)电机功率密度高,定子结构简单可靠,在长行程直线牵引场合具有很大的应用潜力。然而很多应用场合在要求直线电机具有高推力密度的同时也能够呈现较低的推力脉动。因此研究推力脉动的产生机理以及抑制方法是提升LFSPM电机应用潜力的重要手段。利用有限元软件对抑制不同成因推力脉动的方法以及这些方法的组合效果进行仿真比较,比较过程中,给出了一种的步进(错齿)位移选择方法,基于该方法,各结构在减小推力脉动的同时可以有效兼顾电机的输出推力平均值。最后对比较结果进行了分析和总结,得出有价值的结论。     

横向磁通永磁电动机研究进展

横向磁通永磁电动机以其高转矩密度的优势而得到了发展.介绍了这种电机的工作原理,并分析了电机的结构特点.针对横向磁通永磁电动机的特殊结构,给出电机的电磁场分析方法.概述了国内外横向磁通电机的研究现状.根据不同的应用场合,结合电机的结构特点,提出横向磁通永磁电动机的进一步研究方向.     

变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机损耗

作为一种新型的圆筒型直线电机,横向磁通圆筒型永磁直线电机与传统永磁直线电机相比,定子齿槽与电枢绕组空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,易于实现高力密度,在高推力密度领域具有广泛的应用前景。本文针对在变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机的铜耗、定子铁心损耗以及动子侧永磁体内涡流损耗展开研究。首先,研究电机按正弦规律往复运动即推力正弦变化时的铜耗计算方法。其次,计算其在变速往复周期运动模式下的定子铁心损耗,为了验证计算方法的准确性,设计了铁心损耗测试方法,并对测试结果和计算结果进行了对比分析。最后,计算其在变速往复周期运动模式下的永磁体内涡流损耗。     

双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机

提出双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机的方案,克服了传统横向磁通永磁电机初级空间利用率不高的缺陷.初级铁心单元加工方便,能够充分利用次级永磁体,有效减小次级永磁体的极间漏磁,增加与绕组相交链的磁链,提高电机的空载感应电动势.文章介绍了电机的结构并阐述了其工作原理,利用磁路法建立了电机的三维等效磁网络模型,推导出了电机的空载主磁通和空载感应电动势表达式,将次级永磁体等效成面电流,获得了推力表达式,通过三维有限元方法计算电机磁场和推力.研制了一台实验样机,测得了空载感应电动势和静态推力.理论分析与实验结果基本吻合,验证了理论分析的有效性.     

永磁直线电动机定位力的研究

永磁直线电机的定位力是由铁心开槽及铁心的有限长产生的。该文通过对电机定位力的分析并通过优化电机铁心的轴向长度,使其定位力得到有效抑制。     

新型横向磁通永磁电机研究

横向磁通电机以其高转矩密度的优势而得到了发展，但结构复杂也限制了其应用场合。文中采用轴向充磁的永磁体，实现了一种结构相对简单的新型横向磁通永磁电机。为解决电机磁场建模、分析复杂等问题，引入隔磁磁障实现了三维场到二维场的简化。为实现优化设计，对电机关键参数和尺寸进行了合理选取，最后给出了样机电磁方案。分析结果表明，这种新型永磁电机的制造工艺相对简单，适合中小功率低速直接驱动要求。     

动圈式永磁同步直线电动机电磁推力波动分析

主要对动圈式永磁直线电动机进行推力波动分析,通过使气隙磁场波形和输入电流接近正弦波等措施降低电磁推力波动。利用ANSYS软件针对具体项目进行电磁推力波动优化设计,削弱电磁推力波动。     

大推力圆筒型永磁直线同步电动机的制造

对17节大推力圆筒型永磁直线同步电动机的制造进行工艺分析。使用芯轴定位装配法,保证多节定子装配气隙周向尺寸公差要求;使用二次校磨结合工艺,保证动子直线度要求;使用永磁体包覆焊接、线圈绕包烘制和压力试验,保证了电机密封性的要求。通过样机试验,验证了该17节大推力圆筒型永磁直线同步电动机满足技术要求。     

双边长初级磁通切换永磁直线电机推力波动分析及抑制

基于旋转型磁通切换永磁电机的工作原理和电磁发射的特点,提出了一种应用于电磁发射的新型磁通切换型长初级永磁直线电机,该电机具有推力密度大、动子结构简单、质量小的优点.首先,分析了该电机的结构和工作原理,并对该电机的电磁推力各分量的计算公式进行了推导.其次,分析了在正常和故障状态下引起推力波动的原因:根据推力波动产生的机理,针对边端定位力、磁阻力和容错控制运行状态下永磁谐波分量引起的推力波动,分别提出了采用楔形边端设计、绕组电感互补、电流谐波注入和次级错极等方法进行了优化和补偿,并通过二维瞬态有限元进行了验证仿真.最后,通过一台长次级的磁通切换永磁直线电机验证了有限元仿真的正确性以及所提出的推力波动抑制方法的有效性.     

新型横向磁通永磁电机磁场研究

简要介绍了一种新型横向磁通电机，然后针对该电机进行了空载磁场分析，给出了磁通变化曲线，分析了气隙长度、永磁体宽度对磁场的影响，同时还计算了电机定位力矩。给出了样机实验数据，并与磁场计算结果进行了对比分析，比较结果说明以上方法是有效的。     

圆筒型永磁动圈式直线电动机气隙磁场和推力解析分析

介绍了一种新型轴向充磁的圆筒型永磁动圈式直线电动机,该电机可以直接驱动电液比例阀,提供直线运动.以直接驱动电液比例阀的新型轴向充磁圆筒型永磁动圈式直线电机为例,分析了电机的气隙磁场和电磁推力,导出了电磁推力的计算公式,并与有限元软件分析下的结果进行比对,证实了解析公式的正确性.所给出的解析计算公式可用于该类电机的设计.     

低速大推力圆筒永磁直线电动机磁场分析

介绍了一种在合理的假设条件下计算低速大推力圆筒永磁直线电动机磁场的方法.利用磁场分析法,用许克变换直接解算空载、负载气隙磁密波形,并同非线性有限元分析结果进行了比较,得出了该方法的可行性.而计算量仅相当于一般的磁路法,并且容易在计算机上编程实现.     

圆筒型反向式横向磁通直线电机定位力补偿二阶自抗扰控制器位置控制

为减小定位力、摩擦力及负载等扰动对圆筒型反向式横向磁通直线电机(TRTFLM)位置控制性能的影响,提出一种定位力补偿二阶自抗扰控制器(ADRC).首先,给出该电机的基本结构与运行原理,并对其定位力产生机理、数学模型及谐波分量进行分析;其次,基于该电机的数学模型,将位置环与速度环进行并联设计,构建位置环二阶ADRC,提高...     

圆筒型永磁同步直线电动机气隙磁场分析

气隙磁场是决定直线电动机性能的关键因素。利用有限元软件Ansoft Maxwell2D分析了3种不同动子结构圆筒型永磁直线电动机的气隙磁场。分析比较了3种动子无槽和有槽电动机的气隙磁场特点,分析了结构参数对电动机气隙磁场的影响。分析表明Halbach动子电动机气隙磁场强度较大,轴向磁化动子电动机气隙磁场接近正弦形,而径向磁化动子电动机气隙磁场十分接近矩形。分析结果为圆筒型永磁直线电动机的动子选择和设计提供了依据。     

磁路互补型横向磁通切换直线电机电磁推力计算与特性分析

有铁心永磁直线电机由于齿槽、边端效应及电枢电流谐波等,不可避免地会产生较高的电磁推力波动,电磁推力波动直接影响直线电机运行精度和平稳性。该文对具有磁路互补特征的横向磁通切换直线电机展开电磁推力特性研究,通过等效磁路法分析其磁场分布规律,得出该电机次级具有等磁位的电磁特性;基于气隙磁动势-磁导分析方法,揭示互补磁路条件下,该有铁心电机消除齿槽推力波动,实现有铁心电机无齿槽效果的机理;基于该电机磁场分布特征,建立其许-克变换气隙磁场计算模型,提出定位力、电枢绕组磁阻力及永磁推力等电磁推力快速准确的计算方法,获得该电机各电磁推力特性;对样机进行了空载感应电动势和电磁推力的测试实验,对比实验和仿真结果,验证了理论分析模型及计算方法的有效性和准确性。