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无铁芯永磁同步直线电机推力性能与定位精度改善研究

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无铁芯永磁同步直线电机推力性能与定位精度改善研究

作者：李子昂西安工业大学

学位级别：硕士

高精密机床等高端精密装备通常采用无铁芯直线电机作为动力源,虽然无铁芯直线电机与有铁芯直线电机相比具有推力波动小、动态性能好、定位精度高等优点。但是其仍然存在一定的缺点,例如其推力较低,且其推力波动也仍有继续改进的余地。... 详细信息

高精密机床等高端精密装备通常采用无铁芯直线电机作为动力源,虽然无铁芯直线电机与有铁芯直线电机相比具有推力波动小、动态性能好、定位精度高等优点。但是其仍然存在一定的缺点,例如其推力较低,且其推力波动也仍有继续改进的余地。在高精密机床的应用背景下,高精度的加工指标也要求无铁芯直线电机可以提供较高的定位精度,故其推力波动应该非常小。为了达到本文所预期实现的目的,本文从以下几个方面进行了了研究。建立了无铁芯直线电机基于等效磁势法与等效磁化强度法的数学模型,分别推导出了电机内部气隙磁场的解析公式。选取了更接近于有限元计算结果的求解算法,并基于此算法研究了当无铁芯直线电机采用不同参数时,电机气隙处磁场谐波含量的变化情况。分析了无铁芯直线电机采用叠式与非叠式等不同绕组结构的特点,推导出了其推力公式,并根据推力公式求得了无铁芯直线电机推力密度的分布情况。对比了采用不同绕组结构对电机推力密度的影响,对影响电机推力谐波成分与含量的因素做出了研究。对采用常规磁极布置的无铁芯直线电机气隙磁场波形幅值较小,正弦性不够好的缺点,提出一种新型磁极结构布置方案。利用Ansoft Maxwell软件做出了无铁芯直线电机的仿真计算,结果说明采用该新型磁极布置的无铁芯直线电机比采用常规磁极布置的无铁芯直线电机推力更大,推力波动更小,且此新型磁极布置的方式在工艺上也易于实现。给出了无铁芯直线电机设计的大致方案与加工参数,对该电机所采用的永磁体材料做出了性能的对比与加工。对直线电机中的背轭与U型槽进行了强度校核,完成了样机的制作。给出了无铁芯直线电机重复定位精度测试的实验方法,并在实验平台上做出了实验测试。本文所研制的新型磁极布置的无铁芯直线电机,经过实验测试,发现其比常规磁极布置下的无铁芯直线电机的定位性能更优越,这对提高其在机床中应用有十分积极的影响。

关键词：无铁芯直线电机气隙磁场电机推力重复定位精度

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空心式永磁直线伺服电机气隙磁场及推力分析

浙江大学学报（工学版） 2010年第3期44卷 533-538页

作者：刘晓叶云岳郑灼卢琴芬浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

通过解析法和有限元法对双边空心式永磁直线伺服电机的磁场和推力特性进行了分析.采用等效磁化强度法,将永磁体等效为磁化强度分布函数,建立磁场向量磁位的微分方程组并采用分离变量法进行求解,推导出磁通密度的解析公式.同时采用Ansoft... 详细信息

通过解析法和有限元法对双边空心式永磁直线伺服电机的磁场和推力特性进行了分析.采用等效磁化强度法,将永磁体等效为磁化强度分布函数,建立磁场向量磁位的微分方程组并采用分离变量法进行求解,推导出磁通密度的解析公式.同时采用AnsoftMaxwell软件对电机磁场进行了有限元分析,结果证明磁通密度解析公式是准确的.针对5极/3线圈短距绕组结构的电机,推导出电机动态推力的解析公式,解析法推力计算结果与有限元法计算结果的相对误差为3.28%,证明推力解析公式是准确的.推力解析公式表明,当电机电枢电流为正弦电流时,电机推力仅含有6倍频的谐波分量,且推力波动小.气隙磁场和推力解析公式有助于分析电机磁场分布和推力波动情况,为电机优化设计提供基础.

关键词：永磁直线电机空心磁场分析电机推力

车用自由活塞膨胀机-直线发电机系统发电机性能研究

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汽车技术 2020年第5期 31-36页

作者：党瑾希童亮许永红任继愈北京信息科技大学北京100192 北京工业大学北京100124

针对汽车余热回收系统中的自由活塞膨胀机-直线发电机系统对直线电机的应用需求,以适用于该系统的一款无铁心永磁同步直线电机为研究对象,通过电磁场理论分析电机模型,搭建ANSYS Maxwell二维瞬态场模块,分析了电机空载、负载工况的磁场... 详细信息

针对汽车余热回收系统中的自由活塞膨胀机-直线发电机系统对直线电机的应用需求,以适用于该系统的一款无铁心永磁同步直线电机为研究对象,通过电磁场理论分析电机模型,搭建ANSYS Maxwell二维瞬态场模块,分析了电机空载、负载工况的磁场特性和极弧系数、气隙长度等参数对电机推力性能的影响,并进行了参数优化以减小电机的推力波动。仿真结果表明:在相同结构参数下,极弧系数和气隙长度相互作用,可以有效降低电机的推力波动。

关键词：余热回收系统无铁心永磁同步直线电机极弧系数气隙长度电机推力

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长定子空芯绕组双边双馈直线电机特性研究

长定子空芯绕组双边双馈直线电机特性研究

作者：刘学龙西南交通大学

学位级别：硕士

随着中低速磁浮列车技术日趋成熟及在商业运营线的成功应用,人们对磁浮列车技术的经济性和高速化性能提出更高要求。高速磁浮列车采用长定子直线同步电机提供牵引动力,需要沿轨道长距离铺设硅钢片等铁磁材料,工程造价相对较高。因此,高... 详细信息

随着中低速磁浮列车技术日趋成熟及在商业运营线的成功应用,人们对磁浮列车技术的经济性和高速化性能提出更高要求。高速磁浮列车采用长定子直线同步电机提供牵引动力,需要沿轨道长距离铺设硅钢片等铁磁材料,工程造价相对较高。因此,高速磁浮相对高铁等轮轨交通形式的竞争优势不明显。本文结合双馈直线电机、空芯直线电机的特征优势,提出并研究了一种新型直线电机结构——长定子空芯绕组双边双馈直线电机结构（LIS-DSDFLM）。本文以LIS-DSDFLM为研究对象,采用数学模型和有限元仿真相结合的方式研究LIS-DSDFLM的运行机理、结构参数和运行特性,探究其在高速磁浮列车中的应用,得出LIS-DSDFLM相比LSM更具有经济性优势的结论。首先,论文介绍了LIS-DSDFLM的基本结构形式和工作原理。根据直线电机理论,建立abc三相静止坐标系和dq两相旋转坐标系下的LIS-DSDFLM电路模型,并给出电机主要阻抗参数的计算表达式。应用等效电流层的概念,建立了LIS-DSDFLM的一维气隙磁场模型,从磁场角度推导了电机推力表达式,为后续研究作理论支撑。其次,运用Maxwell脚本建模仿真迭代得出满足中低速磁浮列车运行要求的LISDSDFLM结构参数。在相同动子电负荷情况下,LIS-DSDFLM相比直线感应电机具有推力略大、法向力小、效率高的优点;LIS-DSDFLM与双馈直线电机在推力一致的情况下,法向力和定子端压远小于普通双馈直线电机。仿真结果表明气隙变化对LISDSDFLM推力、法向力影响较小。通过仿真验证了前述数学模型的准确性,并指出由气隙磁场计算推力的准确度相比电路方程更高。然后,研究了定子绕组结构对LIS-DSDFLM的影响。建立了两种单层式空芯绕组结构,并根据结构特征进行电流密度谐波分析。基于推力密度、电流密度等限制条件整定了两种单层式空芯绕组的最优结构参数,并与前述双层叠绕式LIS-DSDFLM从电机性能、功效进行对比,得出单层叠放式LISDSDFLM更具优势的结论。最后,将单层叠放式LIS-DSDFLM应用于高速磁浮列车。参考上海TR08高速磁浮列车结构,建立了高速磁浮列车的阻力模型,调整了单层叠放LIS-DSDFLM结构参数以满足运行要求,研究了定子电流、列车速度与推力的特性,发现在同等限制条件下LIS-DSDFLM相比普通LSM具有更高的运行速度。由此说明,LIS-DSDFLM相比LSM在高速磁浮应用中具有一定优越性。

关键词：长定子空芯绕组双边双馈直线电机 TR08 电机推力法向力

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长定子空芯绕组双边双馈直线电机特性研究

电工技术 2021年第19期 194-197页

作者：张文会刘学龙刘世杰刘方麟中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001 西南交通大学电气工程学院四川成都610000

双馈直线电机因其定动子都通入三相可控交流电而具有优良的调速性能,却存在法向力大和端压较高等缺点。为此提出一种新型长定子空芯绕组双边双馈直线电机结构(LIS-DSDFLM)并研究其特性。首先,基于一维准静态磁场建立了LIS-DSDFLM的气隙... 详细信息

双馈直线电机因其定动子都通入三相可控交流电而具有优良的调速性能,却存在法向力大和端压较高等缺点。为此提出一种新型长定子空芯绕组双边双馈直线电机结构(LIS-DSDFLM)并研究其特性。首先,基于一维准静态磁场建立了LIS-DSDFLM的气隙磁场数学模型,并通过仿真验证。然后,通过迭代仿真计算出满足高速磁浮运行要求的电机结构参数。最后,根据LIS-DSDFLM与相同结构参数的双馈直线电机仿真对比,发现LIS-DSDFLM在保证相同推力的条件下能有效降低电机法向力和定子端压,提升双馈直线电机的应用前景。

关键词：双边双馈直线电机长定子空芯绕组电机推力法向力