梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明：梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。     

永磁直线同步电动机Halbach阵列磁场分析

直线电动机的气隙磁场是决定其性能的关键因素.针对平板动磁式永磁直线同步电动机(PMLSM),采用Halbach磁体阵列来提高气隙磁场的正弦性.给出了Halbach阵列磁体排列方式及磁化规律;利用有限元法对Halbach磁体结构与常规磁体结构的永磁直线同步电动机进行比较,分析了磁通密度在平均气隙及轭部的分布情况;在此基础上提出了一种基于Halbach阵列的改进的磁体排列方案,并分析了此方案对电机气隙磁密的影响,得出了一些有用的结论.     

Halbach阵列永磁型无轴承电机特性研究

在分析永磁型无轴承电机径向悬浮力产生机理及转子永磁体Halbach阵列基础上,设计了一种Halbach阵列永磁型无轴承电机,采用耦合电路瞬态有限元分析方法对径向磁化永磁转子和Halbach阵列永磁转子的气隙磁密波形及高次谐波、径向悬浮力、反电动势及转矩进行比较分析。研究结果表明:永磁型无轴承电机转子永磁体采用Halbach阵列结构能显著提高气隙磁密幅值及其正弦特性,增大径向悬浮力与转矩,减小悬浮力、转矩及反电动势的脉动。     

Halbach列对永磁同步电机的性能影响

现代电机要求高速、高效、高功率密度、低脉动转矩，而稀土永磁电机表现出了其局限性。Halbach列是一种磁极磁场呈单边且正弦分布的新型永磁结构。此结构使得电机气隙磁密相对较大，转子轭部磁密相对较小，这有利于减小电机的脉动转矩和体积，提高电机的功率密度和效率。基于ANSYS的有限元分析结果证明了上述结构在保证功率密度的前提下，可以减小电机的质量，增大气隙宽度，极大地改善电机的各种性能。     

永磁同步直线电机建模及混沌搜索优化设计

建立了永磁同步直线电机的电磁场有限元物理模型,以此对气隙磁密波形畸变率进行了深入的分析。通过电机参数样本空间设计,利用正交试验设计方法进行非线性回归建模分析,给出了气隙磁密波形正弦度可行的电磁方案。基于混沌搜索理论和适应函数对永磁同步直线电机结构参数进行优化。仿真结果表明,在此结构参数基础上,电机磁极偏移后其三相反电势依然有较好的对称性,为永磁同步直线电机及其他的电磁工程设计提供了一种新的思路。     

Halbach阵列无轴承永磁电机有限元分析

针对气隙磁密对无轴承永磁电机可靠性、转矩脉动及径向悬浮力的影响,提出了Halbach阵列永磁转子结构。从无轴承永磁电机的转子结构出发,对常规面贴式永磁转子和Halbach阵列永磁转子进行了比较分析,并用Ansoft进行了有限元分析,得出了两种不同转子结构的磁力线分布图及气隙磁密波形,分别对两种转子结构的无轴承永磁电机的径向悬浮力与悬浮力绕组电流的关系进行了对比。分析结果表明:Halbach阵列应用在无轴承永磁电机中能显著提高气隙磁密及其正弦特性,增大径向悬浮力。Halbach阵列应用于无轴承永磁电机具有可行性和可靠性。     

Halbach阵列永磁电机齿槽转矩分析与计算

为了削弱永磁电机齿槽转矩,提高电机气隙磁密,改善气隙磁场分布,采用分段式Halbach阵列磁体结构,使永磁体获得理想的单边磁场。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁力线分布,获得电机气隙磁密和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁体电机进行对比分析。研究结果表明,该方法能有效削减齿槽转矩,提高磁密幅值,增强磁密正弦性。     

Halbach阵列及其在永磁电机设计中的应用

介绍了永磁体的一种新型径向和切向混合排列方式（ Ｈａｌｂａｃｈ 阵列）,在永磁电机设计中可用以增加气隙磁通和削弱转子轭部磁通,提高电机力能密度和减小电机体积     

Halbach列对永磁同步电机的性能影响

现代电机要求高速、高效、高功率密度、低脉动转矩,而稀土永磁电机表现出了其局限性。Halbach列是一种磁极磁场呈单边且正弦分布的新型永磁结构。此结构使得电机气隙磁密相对较大,转子轭部磁密相对较小,这有利于减小电机的脉动转矩和体积,提高电机的功率密度和效率。基于ANSYS的有限元分析结果证明了上述结构在保证功率密度的前提下,可以减小电机的质量,增大气隙宽度,极大地改善电机的各种性能。     

永磁同步直线电机驱动控制技术研究

摘要本文主要研究永磁同步直线电机在转子磁场定向id=0和SVPWM的控制策略下的驱动控制技术，并就直线电机的特殊性在速度控制上采用了相应的控制方法。在以上的控制思想的基础上搭建了软硬件系统，并进行相应的实验。     

永磁同步直线电机的电磁设计与分析

永磁直线同步电机(PMSLM)以其推力密度大、响应速度快等优势在机床进给系统中得到广泛应用。结合PMSLM的结构特点和经典的旋转电机电磁设计公式,设计了PMSLM的主要电磁参数,确定了PMSLM的主要尺寸。建立PMSLM二维有限元模型,对空载的反电动势、定位力等特性进行了仿真分析,并通过负载仿真结果的计算分析来验证推力、效率等设计参数,仿真结果表明该设计方案满足设计目标。     

永磁同步直线电机性能分析

使用自主开发的永磁同步直线电机试验平台,对国产永磁同步直线电机进行电机气隙与推力、相电流关系试验、伺服刚度试验和重复定位精度试验。通过对国产永磁同步直线电机与科尔摩根同类直线电机的速度跟踪、反电势试验分析,得出该直线电机的主要性能指标已接近或达到科尔摩根同类直线电机的水平。     

一种海浪发电用永磁单相直线电机的工作特性与实验分析

提出了一种直驱海浪发电用圆筒型单相永磁直线发电机(PMSPLG)设计方案,该电机具有初级结构简单、体积小、定位力波动幅值小的特点。首先,论文给出发电机的结构和工作原理,分析了采用Halbach永磁阵列的电机气隙磁场。其次,在旋转电机磁场能量计算方法的基础上对直线电机齿槽定位力的计算公式进行推导,得到圆筒型直线电机的齿槽定位力波动统一公式;并采用有限元方法(FEM)对电机在不同槽距和极距的匹配情况下,对电机的定位力进行仿真分析,得到电机的槽距和极距的最优尺寸。最后,分析了PMSPLG在恒速和正弦变化速度下的空载电动势变化曲线。论文给出单相永磁直线发电机同尺寸样机,实验验证了电机的电磁特性。计算与实验结果表明该直线发电机具有定位力波动幅值小、后续整流电路简单的特点;与其他采用旋转电机的波能发电装置相比,具有能量转换效率高、系统结构简单、应用成本低等特点,在海浪发电领域具有较好的应用前景。     

圆筒型Halbach永磁单相直线发电机的设计与分析

为了提高海洋表面小波浪能量转换成电能的效率,提出了一种圆筒型Halbach永磁单相直线发电机的结构模型,采用有限元分析法对该永磁单相直线发电机的内部电磁场动态特性进行分析。根据分析电机结构参数对电机性能的影响,优化了电机齿槽结构。分析Halbach永磁体结构的充磁角度的不同对电机磁场性能和磁密曲线的影响。采用磁场能计算的方法对电机的定位力波动进行分析。最后,给出了电机在小波浪运行情况下的实验测试结果。分析和研究表明:圆筒型Halbach永磁单相直线发电机具有磁场正弦性高、定位力波动幅值小、能量转换效率高、结构简单、应用成本低等特点,在海洋波浪能发电领域具有较好的应用前景。     

永磁同步直线电机驱动控制技术研究

本文主要研究永磁同步直线电机在转子磁场定向yd=0和SVPWM的控制策略下的驱动控制技术,并就直线电机的特殊性在速度控制上采用了相应的控制方法.在以上的控制思想的基础上搭建了软硬件系统,并进行相应的实验.     

永磁同步直线电机单齿切向电磁力分析

永磁同步直线电机是新一代高效高精度电子设备、数控机床等机电产品中最具代表性的先进电机技术之一。构建了永磁同步直线电机模型,不考虑边缘效应,建立了电机初级齿部所受单齿切向电磁力数学模型,并利用有限元分析软件对电机单齿切向电磁力和局部齿槽电磁力进行仿真计算。最后利用ANSYS Workbench平台对电机的模态和振动加速度进行计算,验证了切向电磁力在振动分析中的重要性。结果表明,局部齿槽电磁力波动是单齿切向电磁力产生振动的重要原因,通过合理调整电机初级齿部磁场分布,可以有效减小电机的振动,为该类电机的设计和优化提供了参考。     

辅助极一体式永磁同步直线电机端部定位力抑制技术

为了抑制永磁同步直线电机的端部定位力,提出一种辅助极一体式永磁同步直线电机(Auxiliary Poles-Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,AP-PMLSM),具有端部定位力小、结构强度高、加工制造简单等特点。基于侧向力方法对AP-PMLSM的端部定位力进行解析,推导出使AP-PMLSM端部定位力达到极小值时的辅助极位置和辅助极宽度的表达式。建立了14极12槽AP-PMLSM的有限元模型,有限元仿真结果与解析结果基本一致,验证了理论分析的正确性。     

Halbach列永磁电机的研究

在国外研究成果的基础上,系统阐述了Halbach列的组成及其特点,探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷。在介绍Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机的基础上,归纳了Halbach电机的特点,给出了一种新型的Halbach列永磁电机,并分析了其仿真和试验结果。     

Halbach列永磁电机的研究

在国外研究成果的基础上,系统阐述了Halbach列的组成及其特点,探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷。在介绍Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机的基础上,归纳了Halbach电机的特点,给出了一种新型的Halbach列永磁电机,并分析了其仿真和试验结果。     

永磁同步直线电机绕组电感饱和效应的有限元分析及应用

系统分析了永磁同步直线电机(PMLSM)绕组电感的饱和效应;分析了永磁磁势和绕组磁势对绕组电感的影响,磁路越饱和电感值越小;得到了饱和效应引起的电感随动子位置角变化的规律.通过电磁场二维有限元分析,验证了分析的结论.研究成果深化了PMLSM的理论,并被用来指导无传感器表面式PMLSM零速启动.由于表面式PMLSM没有凸极性,很难检测其初始位置,该文利用绕组电感饱和效应解决了这一问题.仿真表明对PMLSM起动时的初始位置估计精度可以达到±0.9375°.