基于气隙磁通边缘效应的轴向混合磁轴承承载力解析计算

为了研究单自由度轴向混合磁轴承轴向主动悬浮和径向被动悬浮的特性,对提出了基于气隙磁通边缘效应的磁轴承承载力解析计算方法.首先建立了轴向混合磁轴承基于气隙磁通边缘效应的磁路模型,利用分割磁场法推导各部分磁通管的磁导,根据其串并联关系,得到磁路的总磁导,由虚位移法推导了轴向力和径向力的解析表达,得到了轴向力与径向力随轴向气隙和径向位移的变化关系,并分析了轴向力与径向力的耦合特性,为磁悬浮系统轴向和径向的解耦控制提供了理论依据.利用有限元方法对轴向力和径向力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合.     

井下小型永磁发电机的结构与特性对比研究

井下环境对发电机有一些特殊要求。永磁发电机体积小,能量密度大,适宜于井下运行。该文针对径向磁路和轴向磁路两种结构的永磁发电机进行了研究,通过磁场计算和样机测试,进行了结构和性能方面的对比。该文的工作对井下小型发电机的选用具有一定的指导意义。     

热声系统混合磁路永磁直线发电机电磁分析

针对热声系统,提出了一种混合磁路永磁直线发电机的设计方案。定子采用旋转电机结构,动子采用纵向横向混合磁路结构,动子轴向往复运动产生感应电动势。有限元法分析结果表明,电机达到常规电机的电磁负荷,且纵向磁场对反电势影响很小。该型发电机结构简单,工艺性好,更适合于热声发电系统应用。     

新型横向磁通热声直线发电机定位力研究

为了实现直线发电机与热声发动机的匹配,使系统运行在谐振状态,以提高热声系统的输出电功,提出一种新型的横向磁通直线发电机结构.通过理论分析得到了该电机的定位力与动子位移的关系,同时分析了气隙宽度、永磁体厚度和永磁体轴向长度等电机结构参数对定位力的影响.有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

自由活塞内燃机用直线发电机的设计与分析

自由活塞内燃发电机是一种新型动力装置,该装置中直线发电机的动子运动规律受缸内燃烧状况的影响,动子不同运动规律及永磁体充磁方式均会影响直线发电机的性能。运用有限元法分析动子不同运动规律及永磁体不同充磁方式下直线发电机的空载及负载特性。分析结果表明,匀速运动下感应电动势正弦波形畸变率最小。相同极弧系数下,径向充磁方式下空载定位力幅度比轴向充磁更大、空载反电动势正弦波形畸变率更小。相同负载下,径向充磁方式下的输出功率及动子所受的电磁力均比轴向充磁大。     

永磁偏置径向-轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计

介绍了永磁偏置径向－轴向磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算，得出了最大承载力的条件和数学表达式，给出了参数设计和计算方法，最后给出了一个设计例子，并用有限元进行了仿真验算。理论研究和仿真分析表明：永磁和励磁径向－轴向磁轴承结构合理紧凑、占据轴向长度小、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。     

短转子永磁偏置轴向径向磁轴承耦合特性分析

永磁偏置轴向径向磁轴承能够实现转子的三自由度悬浮,结构紧凑、功耗低,但3个自由度之间易耦合。对一种短转子永磁偏置轴向径向磁轴承进行了研究,它的轴向定子位于径向定子之上,为短转子结构。根据二维仿真结果进行等效磁路分析,对径向控制磁路进行解耦分析,设计径向力为400 N的磁轴承进行三维有限元仿真分。并通过三维网格图对轴向径向悬浮力进行耦合分析。研究结果表明,在平衡位置附近,轴向径向间彼此解耦,悬浮性能优良。     

定子励磁型混合磁路直线旋转永磁电机磁路设计与实验研究

针对智能装备系统直线与旋转两自由度驱动需求,提出定子励磁型混合磁路直线旋转永磁(statorexcitedhybrid magnetic circuit linear and rotary permanent magnet,SEHMCLRPM)电机,采用轴向和径向双凸极齿结构,轴向直线运动与径向旋转运动磁场共用定、转子磁路。永磁体设置在定子上,动子上既无绕组也无永磁体,动子结构简单坚固,重量轻,具有转矩惯量比高、动态响应速度快、可靠性高等特点;定子同时设置有直线与旋转两套绕组,直线和旋转运动控制独立,降低两自由度驱动控制的复杂度。分析该类电机的运行原理和结构特点,探讨混合磁路特征,构建该类SEHMC-LRPM电机的解耦等效磁路模型,实现该类电机的磁路设计。在此基础上,基于3D有限元方法分析混合磁路与两自由度耦合磁场,揭示两自由度磁场与电机磁场分布、空载和负载特性的关系。最后,加工制造样机,并进行实验研究,验证该电机结构的有效性和理论分析的正确性。     

轴向力偏转五自由度永磁偏置磁轴承及磁路解耦设计

为了提高空间用磁悬浮飞轮输出偏转力矩的能力和精度,提出一种利用轴向力控制转子径向偏转的五自由度永磁偏置磁轴承(permanent-magnet-biased magnetic bearing with five degrees of freedom,5-DOF-PMB),有效减小了飞轮体积和转子轴向长度,提高了系统的集成度,改善了转子系统的固有模态和稳定性.有限元仿真表明,按照角动量为15N·m·s飞轮的要求设计的轴向力偏转5-DOF-PMB可同时满足各自由度负载的要求.为了提高转子径向大偏移时主动振动的控制精度,进一步对轴向力偏转5-DOF-PMB径向通道进行了磁路解耦设计.等效磁路分析与有限元仿真表明,经磁路解耦的5-DOF-PMB径向通道间磁路耦合程度削弱了2个数量级.最后从等效磁路和结构设计角度,对永磁偏置磁轴承的磁路解耦设计方法进行了归纳和总结.     

六极径向–轴向主动磁轴承电磁特性分析及实验研究

提出一种由三相逆变器驱动的六极径向–轴向主动磁轴承,与三极径向–轴向主动磁轴承相比,该磁轴承具有乘载力大、径向两自由度之间没有磁路耦合等优点。首先详细介绍六极径向–轴向主动磁轴承的基本结构、磁路、工作原理,并推导出其数学模型;然后,对其电磁特性和最大承载力进行有限元仿真分析。与三极径向–轴向主动磁轴承的分析结果相比,六极径向–轴向主动磁轴承的承载力提高了约33%,径向两自由度之间不存在磁路耦合,并解决了力–电流特性的非线性问题。最后,在样机的基础上进行验证实验和静态悬浮实验,验证了六极径向–轴向主动磁轴承的性能。实验结果表明,六极径向–轴向主动磁轴承的性能优于三极径向–轴向主动磁轴承,验证了理论分析的正确性。     

新型直线波力发电机定位力分析

为了使新型直线波力发电机能够良好运行,需要准确分析定位力的大小。以电磁场数值计算为基础,根据磁场能量的变化来求解电机的定位力。以一个定子模块数为3,振子永磁体磁极数为5的直线波力发电机为例,以单个振子永磁体块所受定位力为基础,确定电机的振子极距,并以此为基础求解出考虑导磁端盖影响的整个发电机振子所受定位力的变化。实验结果表明,与理论计算结果基本一致;所采用的定位力的分析方法是可行的和有效的,对进一步改进和优化直线波力发电机的设计具有重要参考价值。     

动磁式永磁直线同步电动机电磁力分析

结合永磁直线同步电动机的特点,介绍了在超大功率场合的动磁式永磁直线同步电动机的应用结构形式。利用有限元分析方法分析了电动机相关结构参数对电动机推力和齿槽力的影响,得到了齿槽力波动周期的计算方法,以及相关结构参数对电动机推力、推力波动的影响曲线和不同结构参数时的齿槽力波形,实验论证了分析结果的正确性。     

Contactless magnetic gear for robot control application

This paper describes the application of a magnetic gear to a robot by fulfilling the essential requirements for a robot control, which are velocity control, position control, and force control. A magnetic gear is a transmission device that realizes contactless torque transmission by applying a magnetic force. When using a magnetic gear, cogging torque and spring characteristics need to be considered. In this paper, we introduce an approximate model of cogging torque. This model is used for velocity control to attenuate the disturbance due to cogging torque. In the case of position control, the oscillations due to the spring effect of the magnetic attractive force become a problem. To reduce the adverse effect due to these oscillations, resonance ratio control is applied. We also propose to use a magnetic gear for realizing force sensorless bilateral control of teleoperation. Because of the frictionless transmission of a magnetic gear, the force sensorless estimation of a reaction force can be realized using a reaction force observer. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 184(4): 32–41, 2013; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22414     

直流无刷电机中齿槽转矩的能量分析

齿槽转矩是齿槽类无刷永磁电机的固有指标,在定子绕组断电状态下,由永磁体的永磁场与定子铁芯的齿槽结构相互作用形成电磁力,进而在圆周方向产生周期性的固定转矩。本文从能量守恒的角度出发,根据齿槽转矩的产生机理推导出齿槽转矩与电磁结构的公式关系,以3对极和6对极两款直流无刷电机为例,利用二维有限元法分析了齿槽转矩在圆周方向的能量分布,研究表明,相同槽数的电机在一个周期内符合能量守恒定律,极对数的不同会造成齿槽转矩不同,通过选择合理的方法能够有效的利用齿槽转矩达到电机断电制动的效果。     

低速大力矩圆筒永磁直线电机齿槽力优化

首先用有限元分析来说明该文所研究的圆筒永磁直线电机推力波动主要是由齿槽力引起的。为削弱该电机的齿槽力,采用了一种基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出圆筒直线电机与结构参数有关的齿槽力表达式。在此基础上,研究了对定子极距所作的微小改变和极弧系数的优化选择对齿槽力的影响,提出了减少电机齿槽力的优化方案。利用有限元法对其验证,通过抽油机实际测试,证明文中提出的方法是正确有效的。     

分数槽无刷直流电动机齿槽定位力矩的研究

永磁电机中,定位转矩造成振动、噪声以及控制的困难等不利因素,影响了电机性能的提高。给出用于分析具有分数槽极比结构的永磁电机的简单模型,通过解析分析解释消除定位转矩的机理。借助于该模型解析分析由于转子永磁体不对称引起的定位转矩的影响和由于永磁体磁动势幅值和相位误差造成的影响,并进行实验验证,实验结果与分析一致,研究成果对提高无刷流伺服电机的性能和减小定位转矩具有实用意义,并取得了实际效果。     

基于磁极参数的表贴式永磁同步电机齿槽转矩研究

齿槽转矩是永磁电机的重要问题之一,削弱齿槽转矩可以减少转矩脉动、降低电磁噪声、提高电机运行稳定性。基于磁极参数对表贴式永磁同步电机(SPMSM)的齿槽转矩进行了研究,基于能量法和傅里叶分解推导了不同永磁体模型下的齿槽转矩公式。研究发现,磁极参数的改变影响永磁体剩磁在气隙中分布和气隙相对磁导率的大小,进而改变齿槽转矩的大小。然后结合有限元方法对不同永磁体模型下的电机齿槽转矩进行了仿真分析,发现削极结构和组合磁极对齿槽转矩削弱明显,并通过有限元方法优化了这2种结构的磁极参数,最后分析对电机其他性能的影响。研究表明,合理地选择永磁体参数可以在确保电机性能的同时显著降低齿槽转矩。     

基于复合磁性槽楔的PMLSM推力波动抑制

永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在齿槽力,影响电机的控制性能。 本文提出一 种基于软磁、硬磁材料混搭的新型复合磁性槽楔结构(composite magnetic slot wedge,CMSW),能有效抑制 PMLSM 推力波动。 首 先,分析了单一磁性槽楔的材料、尺寸和空间位置分布对 PMLSM 输出推力和推力波动的变化规律。 然后,研究新型复合磁性 槽楔的软磁、硬磁材料配比和位置分布,对电机输出推力、推力波动和齿槽力等电磁性能的影响。 以最大推力和推力波动最小 为优化目标,利用正交优化法对复合磁性槽楔的尺寸进行优化。 研究表明,采用新型复合磁性槽楔可有效降低推力波动和损 耗,推力波动降低 79. 4%,而平均推力基本不变,为 PMLSM 推力波动抑制提供新的技术途径。     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

分段式Halbach阵列永磁同步电机非理想气隙磁场建模分析

Halbach阵列是一种特殊的永磁体充磁方式,可以提供理想的气隙磁密,且转子无需采用铁磁材料。由于定子开槽,永磁同步电机定转子气隙不均,气隙磁密谐波增加,产生齿槽转矩。本文利用子域模型法建立了分段式Halbach阵列永磁同步电机空载磁场解析模型。其解析模型计算结果与有限元结果相比,两者气隙磁密波形吻合较好。该解析模型为进一步研究电枢反应、齿槽转矩等性能奠定了基础。