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考虑工作气隙漏磁系数变化的力矩马达磁路建模与试验研究

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机械科学与技术 2023年

作者：程文豪邹小舟葛声宏江裕雷林文朱玉川中航工业南京伺服控制系统有限公司南京航空航天大学机电学院

针对传统力矩马达磁路建模以定漏磁系数描述工作气隙漏磁的不足，考虑工作气隙漏磁系数随磁路几何形状变化，将磁路漏磁等效为并联磁阻，建立了力矩马达磁路漏磁等效磁阻模型，并得到了工作气隙漏磁系数随气隙长度变化关系式。开展有限... 详细信息

针对传统力矩马达磁路建模以定漏磁系数描述工作气隙漏磁的不足，考虑工作气隙漏磁系数随磁路几何形状变化，将磁路漏磁等效为并联磁阻，建立了力矩马达磁路漏磁等效磁阻模型，并得到了工作气隙漏磁系数随气隙长度变化关系式。开展有限元仿真与试验验证，并与传统模型对比求解，结果表明：传统模型最大求解误差为24%，漏磁等效磁阻模型最大求解误差仅为6%，漏磁等效磁阻模型具有更高的准确度，为开展力矩马达性能精确分析与预测奠定了基础。

关键词：漏磁系数力矩马达磁路建模

基于磁网络的永磁同步电机非线性磁路建模及分析

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微特电机 2017年第2期45卷 18-22页

作者：廖晓梅贵州交通职业技术学院贵阳550008

针对嵌入式永磁同步电机的磁路有效建模问题,提出一种基于磁网络的建模方法。考虑材料的非线性磁导和转子运动,将电机定子和转子部分划分成一定数量的磁通管,通过节点连接各磁通管和磁动势源,从而构磁网络模型,并精确建模了定子的磁通... 详细信息

针对嵌入式永磁同步电机的磁路有效建模问题,提出一种基于磁网络的建模方法。考虑材料的非线性磁导和转子运动,将电机定子和转子部分划分成一定数量的磁通管,通过节点连接各磁通管和磁动势源,从而构磁网络模型,并精确建模了定子的磁通模式和转子漏磁通。在一个75 k W永磁同步电机平台上进行实验,基于该磁网络模型计算出径向和切向气隙磁通密度、反电动势和转矩等参数值,并与有限元分析模型以及实际测量结果进行比较,结果验证了该模型的有效性和准确性。

关键词：永磁同步电机嵌入式磁路建模磁网络有限元分析

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同轴集成式宏微复合驱动器的磁路建模与运动学特性研究

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同轴集成式宏微复合驱动器的磁路建模与运动学特性研究

作者：王玉安徽理工大学

学位级别：硕士

高速精密定位工作台是微电子制造行业中晶圆制造、芯片加工、芯片封装等关键工序中采用的核心部件,研发兼具高速、大行程和高精度特性的精密定位工作台已成为当前我国半导体行业的重要需求,然而高速、大行程与高精度特性之间是一种矛盾... 详细信息

高速精密定位工作台是微电子制造行业中晶圆制造、芯片加工、芯片封装等关键工序中采用的核心部件,研发兼具高速、大行程和高精度特性的精密定位工作台已成为当前我国半导体行业的重要需求,然而高速、大行程与高精度特性之间是一种矛盾对立关系。为解决这一问题,将音圈电机与超磁致伸缩驱动器结合,并提出了一种大行程、高精度特性的同轴集成式宏微复合驱动器的结构方案。为实现该宏微复合驱动器的高精度定位控制,本文分别从其磁路结构的优化、运动学模型和实验验证三个方面展开研究,主要研究内容及得到的结论如下:为优化宏微复合驱动器的磁路结构,分别建立了宏动、微动及整体磁路等效模型。并进行磁场数值仿真分析,得到了永磁体结构、宏动磁轭相对磁导率、宏动线圈电流对宏动磁路的影响规律以及不同参数宏、微磁场间的相互影响规律。为提高宏微复合驱动器驱动模型的建模精度,考虑音圈电机的非线性特性,建立了宏微复合驱动器宏动部分的非线性驱动模型。采用有限元法分析宏动部分的磁场分布规律,建立了驱动力模型、静摩擦力模型、机电时间常数随宏动位移的变化模型和运动学模型,并采用最小二乘法进行了模型参数辨识。为验证宏微复合驱动器方案的可行性,在加工样机的基础上,搭建了实验平台,测试了宏微复合驱动器的输出性能,还分析了宏微复合驱动器的动态特性,并对宏微复合驱动器的结构进行了改进以提高动子部分的动态性能。研究结果显示:磁轭的相对磁导率在400以上时,宏动力与宏动线圈电流之间近似成线性关系,且不同参数作用下,宏动磁场与微动磁场之间的相互影响均小于0.001wb/m;宏微复合驱动器宏动部分工作气隙处的磁场与宏动位移和宏动线圈电流相关;启动时,驱动器的摩擦力变化复杂,经典的摩擦模型仅能近似反映出摩擦力的变化;建立的宏动部分运动学模型可反映出宏动部分的动态特性变化,匹配度达到92.97%;试制样机的宏动力可达53N,最大加速度可达6.7g,最大驱动行程达到47mm,宏动部分最大定位误差5μm。改进后的宏微复合驱动器,当宏动线圈电流为4A时,其动子的输出力为70.23N。研究结果表明本文提出的同轴集成式宏微复合驱动器的设计方案是合理可行的,为后续宏微复合驱动器的高速、大行程定位控制器的研制奠定了理论与技术基础。图[71]表[4]参[71]

关键词：同轴集成宏微复合驱动磁路建模运动学模型非线性参数辨识

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基于磁检测的缺陷迭代反演方法研究

基于磁检测的缺陷迭代反演方法研究

作者：张鹏俏东北大学

学位级别：硕士

目前我国在役的油气管道中有很多已经使用数十年,存在大量安全隐患,极可能发生爆炸、燃烧以及人员伤亡等重大事故。因此,管道缺陷检测及管壁缺陷轮廓的反演对管道定期安全维护、预知管线泄漏有着重大意义。本文对管道磁检测技术及缺陷... 详细信息

目前我国在役的油气管道中有很多已经使用数十年,存在大量安全隐患,极可能发生爆炸、燃烧以及人员伤亡等重大事故。因此,管道缺陷检测及管壁缺陷轮廓的反演对管道定期安全维护、预知管线泄漏有着重大意义。本文对管道磁检测技术及缺陷磁信号的反演方法进行研究和分析,主要工作如下:首先介绍论文选题的背景及意义,并提出缺陷反演技术要解决的两大问题即求解磁场的正演问题和磁场信号反演问题,分别对其进行详细介绍和分析。以Maxwell方程组对磁场进行理论分析,并结合本课题的管道缺陷的磁检测技术进行缺陷处的磁场研究与分析。根据最优磁路的原则,对磁路结构建模和研究,进行各个部件模型的尺寸参数设计,为以后的求解磁场正演问题用到的有限元模型做模型参数准备。其次,研究了磁场正演问题的求解方法,分别就解析法和数值法分析并进行比较选择,最终确定以有限元法为代表的数值法来求解缺陷处磁场分布,并利用有限元分析软件ANSYS构建磁检测模型并进行三维仿真,详细研究了缺陷模型尺寸及提离值等因素对磁场信号的影响,找到磁场信号的轴向分量、周向分量和径向分量的分布特点。对正向模型求解,为后续缺陷反演研究提供数据支持。然后,研究磁场信号反演问题,即研究管道缺陷的反演方法,建立迭代算法的正向模型,确定反演优化算法。运用基于有限元模型的共轭梯度迭代算法进行缺陷模型反演,对反演参数初始值选择,并对多种反演结果分析,发现对于深度较大的缺陷模型并不能得到正确反演结果,对于此现象分析原因并提出改进算法。最后,为克服共轭梯度算法陷入局部极值而导致缺陷反演失败的情况,研究了改进的缺陷反演方法,在原算法的基础上加入具有全局收敛性的模拟退火算法进行缺陷反演,以模拟退火算法为主体,在迭代模型极小值时运用共轭梯度算法快速收敛,进而组合应用得到全局最优解,达到更加精确的反演效果并对结果进行分析。对5种不同深度的缺陷模型分别利用改进前后的算法进行反演,通过反演结果对比,可以得出模拟退火共轭梯度结合算法更能精确的反演出不同深度的缺陷模型。

关键词：磁路建模磁场正向模型缺陷反演共轭梯度模拟退火

径向电磁轴承铁心损耗计算方法与温度场仿真分析

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径向电磁轴承铁心损耗计算方法与温度场仿真分析

作者：叶品州山东大学

学位级别：硕士

电磁轴承是一种采用能控的无接触电磁力稳定悬浮其转子于空间中,去除定转子间机械接触的新型多优势机电一体化轴承,它无接触、无需润滑、高转速、功耗低、维护简单等优越性能,使其广泛应用于工业各领域。电磁轴承的功率损耗（即铜损和... 详细信息

电磁轴承是一种采用能控的无接触电磁力稳定悬浮其转子于空间中,去除定转子间机械接触的新型多优势机电一体化轴承,它无接触、无需润滑、高转速、功耗低、维护简单等优越性能,使其广泛应用于工业各领域。电磁轴承的功率损耗（即铜损和铁损）虽然远低于机械轴承的摩擦损耗,但在超高速、真空等特殊场合下工作时,其铜损和铁损可能会导致定转子受热膨胀,而影响其定位精度和工作性能,极限情况下甚至可能会导致铁心变形,线圈绝缘性能下降和损坏,缩短其寿命。因此,为了保证电磁轴承的性能及使用寿命,需要研究电磁轴承的损耗计算方法,以便探索降低损耗的方法和途径。本文针对八磁极径向电磁轴承,研究其电磁场建模方法与损耗计算方法。在基本磁阻计算方法的基础上,给出了定转子磁阻计算方法,采用插值的方法拟合铁磁材料的BH曲线来考虑铁心磁导率的非线性,采用磁场分割法计算磁极的边缘效应,通过其串并联关系得到气隙的总磁阻,从而搭建径向电磁轴承的非线性等效磁路模型。非线性等效磁路的计算结果与有限元计算结果相比,在磁极端面正对处误差在3%左右,验证了所建等效磁路模型的准确性。在等效磁路模型计算的基础上,结合改进的损耗模型,计算了电磁轴承的损耗。在经典三项常系数损耗模型的基础上,引入磁滞损耗修正因子和涡流损耗修正因子,建立了改进后的损耗模型,并通过拟合的方法得出了修正因子的系数。计算结果表明,相比于经典三项常系数损耗模型,改进后的损耗模型在计算转速范围内大大降低了误差,并且转速超过5000rpm后,相对误差基本降低了10%以上,提高了准确性。电磁轴承理想状态下工作时,定子中心和转子中心重合。但在实际工程中,由于转子质量不平衡以及外界激励力的作用,转子会产生振动,导致电磁轴承气隙分布不均,影响磁场分布,需要针对电磁轴承转子振动情况下的磁场进行建模。首先根据电磁场理论推导出轴承叠片铁心的涡流计算公式,并引入等效磁路模型中,分析转子振动引起的铁心涡流对电磁轴承磁场和电磁力的影响。与不考虑涡流时的模型相比,考虑涡流的影响后,电磁轴承磁通及电磁力都有一定程度的衰减,并且转子振动频率越高,衰减越大,在本文的算例中,转子振动频率达到2000Hz时,电磁力衰减在5.95%左右。在损耗计算的基础上,进行了电磁轴承电磁场-温度耦合分析。在转速较低时,电磁轴承的热源主要是定子线圈的铜损,转子的铁心损耗占比较小,并且转子的周向温度相差不大,气隙中温度最高点集中在磁极端面对应位置,铁心温度最低点位于定子磁轭处;在转速较高时,铁损占比增加,并且转子沿周向上的温度差随转速增加而增大,并且由于涡流集肤效应的存在,随着转速升高,其温度分布在各个部位也会出现较大的差别。本文为电磁轴承的磁路建模、损耗计算、涡流分析以及后续探索转子振动时的损耗计算方法以及损耗降低方法奠定了基础。

关键词：径向电磁轴承磁路建模损耗计算涡流影响电磁场-温度耦合

电磁变刚度半主动动力吸振结构的振动控制研究

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噪声与振动控制 2018年第4期38卷 51-55,71页

作者：尤佳欣王熙杨斌堂上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

分析特殊结构变刚度动力吸振系统的移频和减振特性。提出一种电磁式变刚度结构,作用于传统动力吸振器以进一步改变主系统共振频率,实现振动宽频半主动控制。设计一种新型电磁变刚度结构的功能及支撑部件,在其内部形成闭合磁路,使转子在... 详细信息

分析特殊结构变刚度动力吸振系统的移频和减振特性。提出一种电磁式变刚度结构,作用于传统动力吸振器以进一步改变主系统共振频率,实现振动宽频半主动控制。设计一种新型电磁变刚度结构的功能及支撑部件,在其内部形成闭合磁路,使转子在磁场作用下具有回复到平衡位置的特性。通过改变电流大小改变电磁力作用下结构刚度。基于结构设计,建立电磁变刚度结构磁路数学模型,并利用麦克斯韦应力张量理论,对磁场及输出转矩进行数学求解。利用Ansoft进行有限元模拟分析,计算输出力矩。加工实验样机并测量输出转矩,对比模拟值、数值求解值,发现结果具有良好的一致性。仿真和试验结果验证了所提出电磁变刚度半主动吸振控制的可行性。

关键词：振动与波动力吸振变刚度磁路建模仿真实验

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