Magnetic Circuit Analysis of a Tubular Permanent Magnet Linear Alternator

ABSTRACT

A simplified magnetic circuit analysis of a tubular permanent magnet linear alternator (PMLA) is presented. The analysis accounts for saturation, leakage and armature reaction. Under these conditions the fields in every portion of the linear alternator (LA) are determined. The field determination leads to the alternator induced voltage and inductances.     

异形永磁体圆柱型直线电机的优化设计

为了进一步提高直线电机的推力密度,结合异形永磁体圆柱型直线电机(T-CLM)和传统Halbach结构提出了异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机(TH-CLM)。建立了异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机的磁路分析模型,研究了异形永磁体的异形角对电机磁场和推力的影响,得到了推力密度最大时的永磁体角度。对比分析了异形永磁体结构的两种圆柱型直线电机的推力密度,结果表明异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机增强了电机的气隙磁通密度,具有更高的推力密度,并与传统的圆柱型直线电机进行了比较,验证了异形永磁体结构圆柱型直线电机在推力密度方面具有一定的优势。     

高霍尔位置检测精度的圆筒型永磁同步直线电机设计

由于具有价格低、对机械扰动不敏感的优势,线性霍尔传感器被应用于圆筒型永磁同步直线电机动子位置检测。但线性霍尔传感器位置辨识精度会受到磁场谐波的影响而下降。为提升霍尔传感器的位置检测精度,该文在考虑机械加工误差的情况下,进行直线电机的可靠性与鲁棒性优化设计。首先,建立直线电机位置辨识精度与电机推力的解析模型,基于解析模型分析设计变量与设计指标之间的影响关系。然后,使用神经网络建立直线电机设计指标的响应曲面模型,通过不同推力系数下Pareto最优前沿得到优化设计的概率约束条件。最后,使用可靠性与鲁棒性优化设计的方法,在略微削减推力系数与磁通密度峰值的情况下,大幅降低磁场谐波含量,将电机霍尔位置的检测精度从357μm提升至109μm。     

用于海浪发电永磁圆筒型直线发电机的结构优化与分析

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出了多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪能和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本较高。该文提出了永磁圆筒型直线发电机可以将波浪能直接转化为电能。详细阐述了该发电机的结构,并且基于电磁场有限元分析软件Ansoft对于发电机进行仿真,得到空载电压的波形。通过改变永磁体长度对发电机进行优化设计,最后给出优化后发电机的三相空载电压波形和负载特性。仿真结果可以指导磁体结构的圆筒型直线发电机的理论研究。     

无槽嵌入式圆筒型永磁直线电机磁场解析研究

介绍了基于麦克斯韦电磁方程利用分离变量法和许-克变换两种解析方法计算无槽轴向充磁圆筒型永磁直线电机磁场。并把两种解析法和有限元法计算的结果对比,得出了两种方法的可行性,但是利用许-克变换隐函数计算磁场误差更小、结果更准确。该方法物理概念清晰,与有限元法计算复杂、计算过程时间长相比,其计算量仅相当于一般的磁路法,并且容易在计算机上实现。     

影响低速圆筒型永磁直线电动机性能因素研究

简要介绍了圆筒型永磁直线电动机基本结构和工作原理.从电机选型、动子结构和定子铁芯结构选择、槽数配合等方面,系统有效地分析了各种因数对电机性能的影响.得出了要设计出该种电机优越的性能,各种因数应该如何确定,为电机的设计提供了有利的理论依据.     

平板型永磁直线同步电机推力特性的优化设计

为了抑制永磁直线同步电机的推力波动,提升平均推力,以12槽10极平板型永磁同步直线电机为研究对象,对电机的设计参数进行优化.首先,采用Taguchi法的敏感性分析,从12个设计参数中选出6个敏感参数,确定为优化变量.然后,通过Kriging模型辅助的多目标粒子群优化,获得推力波动和平均推力的Pareto前沿.结果显示,...     

Halbach阵列永磁直线同步电机推力优化设计

永磁直线同步电机(PMLSM)的结构参数对电机的力能指标影响很大,为提高PMLSM单位体积推力,需要对PMLSM的参数进行优化.利用Ansoft软件下的参数化功能,在保持极距不变的条件下,对Halbach阵列中切向充磁永磁体宽度进行优化,并且进行优化前后的PMLSM磁场和推力比较.结果表明:通过优化,PMLSM单位体积推力有了较大提高,并且优化时间短,优化方法简单,具有实用性.     

两相无槽圆筒型永磁同步直线电机电感计算与分析

在电机行程范围内,两相无槽圆筒型永磁同步直线电机的电感会受到电机绕组断开与耦合长度变化的影响,使其变化复杂,无传感控制算法难以实现.因此,需要对该电机电感进行精确的建模.该文基于轴向磁动势函数与轴向比磁导函数分别推导得到该电机在全耦合状态下和全行程范围内电感解析模型.在此基础上,利用有限元数值计算法对电感模型进行参数计...     

圆筒型永磁同步直线电机绕组分析

设计了圆筒型永磁同步直线电机的三种绕组模型,确定其极槽配合形式,分析了极槽配合原理及三种绕组模型各自特点.通过有限元仿真的方法得到气隙磁密及相关量,得出各绕组模型的优缺点.确定了模块化绕组模型为最佳方案.     

内置式永磁同步发电机的低电压调整特性

分析了内置式永磁同步发电机带纯电阻负载时,电机参数对电压调整率的影响,采用双反应理论导出了考虑电枢电阻时电压调整率等于零及负值时所具备的条件,同时,得到了对应的负载变化范围,分析了电压调整率随电机参数变化的规律,得出了降低电压调整率的措施.采用场路结合方法设计了一台低电压调整率的发电机,利用有限元计算了负载场,得到了电枢反应电抗的饱和值和电压调整率.计算和测量结果证明了理论分析的正确性.这为设计额定负载时低甚至零电压调整率的永磁同步发电机提供了可靠的依据和有效途径,减小了设计中的盲目性.     

圆筒型永磁直线电动机电流L2控制

将圆筒型永磁直线电动机的参数变化看作系统的干扰,采用状态空间法,在旋转坐标系下建立圆筒型永磁直线电动机模型;根据所建立的模型,将永磁直线电动机电流控制器的设计问题转化为L2控制标准问题;对L2控制标准设计问题,选取二次型函数作为HJI不等式存储函数,采用线性矩阵不等式方法,推导出了电流控制器的解析表达式,并且证明了该闭环系统是渐进稳定的。通过一个L2控制器,实现了对d轴和q轴电流的控制。仿真研究表明,L2控制策略能够抑制圆筒型永磁直线电动机参数变化对电流的影响。     

Investigation of Multi-phase Tubular Permanent Magnet Linear Generator for Wave Energy Converters

In this article, an investigation into different magnetization topologies for a long stator tubular permanent magnet linear generator is performed through a comparison based on the cogging force disturbance, the power output, and the cost of the raw materials of the machines. The results obtained from finite element analysis simulation are compared with an existing linear generator described in [1 Prudell, J., Stoddard, M., Amon, E., Brekken, T. K. A. and von Jouanne, A. 2010. A permanent-magnet tubular linear generator for ocean wave energy conversion. IEEE Trans. Industry Appl., 46: 2392–2400. [Crossref], [Web of Science ®] , [Google Scholar]]. To ensure accurate results, the generator developed in [1 Prudell, J., Stoddard, M., Amon, E., Brekken, T. K. A. and von Jouanne, A. 2010. A permanent-magnet tubular linear generator for ocean wave energy conversion. IEEE Trans. Industry Appl., 46: 2392–2400. [Crossref], [Web of Science ®] , [Google Scholar]] is built with 3D CAD and simulated using the finite-element method, and the obtained results are verified with the source.     

永磁直线振动电机的优化设计

对一种用于小型空气压缩机的动圈式直线往复振动电机进行了优化设计研究。分析中 ,使用了轴对称有限元法 ,并考虑了系统的非线性特性。所得结果与实测值具有较好的一致性     

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。     

成型绕组永磁电机优化设计

成型绕组电机净槽满率高,在电机的额定功率、冷却系统、定子内外径、定子槽面积不变的条件下,采用成型绕组时,电机铁心长度更短,转矩密度更高。将节距为1的传统上下双层成型绕组结构改为左右放置,降低了成型绕组的绕制难度,提高了生产效率。开口槽槽口宽度较大,会增加气隙磁密中的谐波含量,降低电机运行稳定性。采用Taguchi方法,以成型绕组电机的气隙长度、定子槽宽和槽深为优化变量,对齿槽转矩、输出转矩进行优化;并建立电机模型进行有限元仿真分析。最终,通过样机试验验证了扁铜线成型绕组电机方案设计的合理性。     

圆筒型永磁直线同步电机矢量控制系统仿真

针对圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM),提出了一种基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的矢量控制系统,采用速度、电流双闭环的控制方案,实现对TPMLSM的控制,并进行了仿真研究。Magnet建立TPMLSM有限元模型,Simulink构建基于SVPWM的双闭环矢量控制系统,利用Magnet与Simulink联合仿真接口,建立Magnet与Simulink联合仿真模型。仿真结果表明所采用的控制方法正确可行,控制系统具有良好的控制性能。     

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.     

基于复合控制的圆筒形永磁直线同步电机位置控制

针对圆筒形永磁直线同步电机,设计了一种位置控制系统。考虑到直线电机的推力脉动、摩擦力和系统模型的不确定性,采用干扰观测器(DOB)对其进行在线估算并进行补偿,经过补偿,系统模型近似等价其标称模型;基于标称模型设计速度前馈控制器,基于速度控制系统的模型设计位置前馈控制器,使得永磁直线同步电机控制系统的输出能够无误差地跟踪期望的速度和位置响应曲线;采用综合校正方法设计反馈控制器,保证系统的稳定性。最后给出了仿真结果。     

双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的基础研究

提出双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的方案,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,提高电机的空载感应电动势。介绍电机的结构并阐述其工作原理,利用磁路法建立了电机的三维等效磁网络模型,获得了空载主磁通和空载反电动势表达式,推导出了电机的推力表达式,通过三维有限元方法计算了电机磁场,研制了一台实验样机,进行了空载感应电动势和静态推力的测试实验。理论分析与实验结果基本吻合,验证了理论分析的有效性。