圆筒型永磁同步直线电机绕组分析_刘星桥

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要横向磁通电机作为一种新型电机，实现了电机电负荷磁负荷的解耦，可以大幅度提高电机的推力密度，这种低速大推力的电机显示了广阔的应用前景，因此对这类电机的研究是很有价值的。

本文在已有横向磁通电机的基础上提出了一种新型双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机，很好的解决了传统横向磁通电机两个相邻初级铁心间隔一个极距的缺陷，大大提高的电机的推力密度。

本文在对这种电机的理论研究下，得到了BCTF电机的设计方法，并制作了样机进行验证。

本文首先对BCTF电机的磁路模型进行了分析，得到了电机空载反电势、电磁推力、每相电阻、每相电感的表达式，构建了完整的数学模型。

在分析磁路模型之后，对电机的参数尺寸进行了分析，得到了电机的主尺寸对推力密度的关系，在保证推力密度最大的前提下设计电机的初级、次级尺寸，得到了完整的BCTF电机的设计流程。

对所得尺寸电机进行有限元分析，验证设计方法。

采用ANSOFT12软件，对电机的齿宽、极距、初级单元厚度等进行了仿真分析，在保证推力密度的前提下尽量减小电机定位力与漏磁，得到电机的优化尺寸制作一台380W三相圆筒型样机，对所得样机进行实验分析，测得反电势、推力、电阻值，通过实验与仿真结果，验证BCTF电机设计方法的准确性。

关键词：双向交链；横向磁通；圆筒型电机；磁场解析：有限元分析- I -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThe transverse flux configuration motor as a new motor carry out the decoupling of the electrical load and the magnet load.which can greatly improve the motor’s thrust density.the l ow-speed high-thrust motors show a broad application prospects.the motor is valuable.In this paper, a new Bidirectional Crosslinking transverse flux cylindrical linear permanent magnet synchronous motor (BCTFCLPMSM) has been proposed based on transverse flux motor, to solve the the defect of traditional transverse flux motor interval of two adjacent primary core.thereby the of the motor's thrust density has been greatly increased. In this paper, the theoretical study of this motor and get the way of BCTF motor design and produced a prototype for validation.This article firstly analyzed BCTF motor circuit, and get the motor no-load EMF, electromagnetic force, per phase resistance, inductance per phase expression, building a complete model.After analyzing the magnetic circuit model, the parameters of the motor size was analyzed, and get the relationship between thrust densityand the main dimensions of the motor, under the premise of the thrust density ensuring the highest, get a complete BCTF The motor design process.Then use finite element analysis to verify design methods. By ANSOFT12 software, the motor tooth width, pole distance, the thickness of the primary unit of a simulation analysis, the premise of ensuring the thrust density to minimize orientation force and leakage flux motor positioning to get optimal size of the motor.Made a 380W motor,After the analysis of the obtained experimental prototype, the EMF, thrust, resistance, through experimental and simulation results to verify the accuracy of BCTF motor design.Keywords: Bidirectional Crosslinking; transverse flux;cylinder motor; field analysis;finite element analysis- II -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.1.1 课题的来源与意义 (1)1.1.2 横向磁通电机的概述 (2)1.1.3 横向磁通圆筒型直线电机的概述 (2)1.2 横向磁通电机的国内外研究现状 (4)1.2.1 横向磁通电机结构研究现状 (4)1.2.2 国内外横向磁通直线电机的研究现状 (13)1.2.3 国内外横向磁通电机的三维电磁场分析方法 (16)1.2.4 横向磁通电机设计方法总结 (17)1.3 论文的主要研究内容 (18)第2章BCTF圆筒型直线电机的工作原理和数学模型 (19)2.1 BCTF圆筒型直线电机的基本结构 (19)2.1.1 初级结构 (20)2.1.2 次级结构 (22)2.1.3 BCTF圆筒型直线电机的绕组 (22)2.2 BCTF圆筒形直线电机的运行原理 (23)2.3 BCTF圆筒型直线电机的磁场分析 (25)2.4 BCTF圆筒型直线电机数学模型的建立 (27)2.4.1 BCTF圆筒型直线电机的空载反电势 (28)2.4.2 BCTF圆筒型直线电机的电阻参数 (30)2.4.3 BCTF圆筒型直线电机的电感参数 (32)2.4.4 BCTF圆筒型直线电机的推力方程 (36)2.5 小结 (37)第3章BCTF圆筒型直线电机设计方法的研究 (39)- III -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.1 引言 (39)3.2 BCTF圆筒型直线电机电磁设计 (39)3.2.1 BCTF圆筒型直线电机的主要尺寸 (41)3.2.2 BCTF圆筒型直线电机的初级尺寸设计 (45)3.2.3 BCTF圆筒型直线电机的次级尺寸设计 (49)3.3 小结 (51)第4章BCTF圆筒型直线电机的优化仿真 (52)4.1 引言 (52)4.2 仿真模型的建立 (52)4.3 BCTF圆筒型直线电机尺寸优化 (55)4.3.1 电磁力的优化分析 (55)4.3.2 定位力的优化分析 (58)4.3.3 功率因数与电机漏磁的优化分析 (59)4.4 小结 (63)第5章电机的特性分析 (64)5.1 引言 (64)5.2 实验平台的构建 (65)5.3 BCTF圆筒型直线电机的特性研究 (66)5.4 样机存在的问题以及改进 (69)5.5 小结 (71)结论 (72)参考文献 (73)攻读学位期间发表的学术论文 (76)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (77)致谢 (78)- IV -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题的背景及意义1.1.1课题的来源与意义近年来，大功率的电气传动技术得到了飞速的发展，但安装空间的不足制约了其进一步的发展，为此对于低速、大推力密度电机的研究越来越广泛，由于传统电机齿槽设计之间的矛盾，很难达得到较高的推力密度，由此，横向磁通永磁直线电机（Transverse Flux Linear Permanent-magnet Synchronous motor,简称TFLPMSM）应运而生。

专利名称：一种圆筒型永磁同步直线电机的推力优化设计方法专利类型：发明专利
发明人：刘星桥,朱丽婷,鲍丰亮
申请号：CN201010555122.9
申请日：20101123
公开号：CN102013785A
公开日：
20110413
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种圆筒型永磁同步直线电机的推力优化设计方法，先建立电机的实体模型，设定包括电机初级铁芯定子的初级铁芯长度的运动选项参数；再对运动选项参数用有限元方法进行求解建立有限元几何模型；通过公式计算得到初级铁芯定子两端边端力的优化相位差值，调整初级铁芯长度得到对应于优化相位差值的最优初级铁芯长度，最后采用最优初级铁芯长度、半开半闭圆底槽型的齿槽结构以及Halbach结构充磁得到推力波动最小的圆筒型永磁同步直线电机。

本发明通过削弱由端部效应、齿槽效应产生的磁阻力对推力波动影响，使推力波动达到最小；方法简单有效，计算精度高，既可作电动机使用，也可作发电机使用。

申请人：江苏大学
地址：212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：楼高潮
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专利名称：一种圆筒型直线电机结构参数优化设计方法
专利类型：发明专利
发明人：陈杰,潘峰,王光辉,窦丽华,蔡涛,白永强,甘明刚,张娟,陈文颉,邓方,刘晓俏,刘洋
申请号：CN200910008738.1
申请日：20090306
公开号：CN101567617A
公开日：
20091028
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种圆筒型直线电机结构参数优化设计方法，属于机电智能化领域，是一种电机参数优化设计技术。

本发明在满足结构参数约束范围条件下，对结构参数进行动态采样，通过使用有限元分析方法，对不同结构参数的圆筒型直线电机的推力及波动值进行分析，继而将结构参数作为神经网络输入，推力及波动值作为神经网络输出，使用神经网络对结构参数与推力及波动的函数关系进行拟合，最后结合智能优化方法对待优化结构参数进行优化，得到满意的电机单位体积内推力及波动的性能。

本发明易于工程化应用，能避免电机磁路复杂导致集中参数计算不准确，以及参数之间相互耦合导致的参数优化困难等。

本技术亦可用于任意结构电机的结构参数优化设计。

申请人：北京理工大学
地址：100081 北京市海淀区中关村南大街5号
国籍：CN
代理机构：北京理工大学专利中心
代理人：张利萍
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专利名称：并联磁路圆筒型单相永磁同步直线电机及其驱动控制系统
专利类型：发明专利
发明人：寇宝泉,刘奉海,贵献国,吴红星
申请号：CN200910072391.7
申请日：20090626
公开号：CN101582625A
公开日：
20091118
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：并联磁路圆筒型单相永磁同步直线电机及其驱动控制系统。

它涉及电机领域，它解决了现有直线电机电枢铁心加工工艺复杂，成本高，涡流损耗大的问题；以及现有电机驱动控制系统体积大、难以集成的缺点，电机的电枢铁心包括i+1个圆环形铁心段和i个铁心段间隔环；所述的i+1个圆环形铁心段与i个铁心段间隔环沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心段与一个铁心段间隔环轴向厚度之和等于2τ，其中τ为永磁体极距；每个电枢铁心的内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，电枢绕组的每个线圈缠绕在电枢铁心的每个齿上，并且电枢铁心相邻齿上的线圈绕向相反，电枢铁心的齿上所有线圈串联为电枢绕组。

它在直线压缩机及斯特林发电机系统中具有应用前景。

申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：岳泉清
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一种永磁同步直线电机端口受控哈密尔顿系统下的自适应阻尼
注入控制方法
刘星桥;王燕;杨志华;袁泉
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2013(40)11
【摘要】针对永磁同步直线电机(PMLSM)位置控制问题,提出将自适应阻尼注入应用到闭环端口受控哈密尔顿(PCH)系统的方法.建立了PMLSM的PCH系统模型.根据最大输出功率原理确定系统平衡点,利用自适应阻尼注入方法,设计了负载阻力恒定时的控制器.设计的闭环控制系统具有良好的稳定性.试验结果表明,设计的控制器具有良好的位置跟踪性和抗干扰能力.
【总页数】6页(P32-36,41)
【作者】刘星桥;王燕;杨志华;袁泉
【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.2
【相关文献】
1.机器人的端口受控哈密顿与自适应混合控制 [J], 刘应新;于海生
2.基于端口受控哈密顿方法的永磁同步直线电机无源控制 [J], 陈华;程志平;支长义;
武杰
3.基于自适应反步法和端口受控哈密顿理论的永磁同步电机控制∗ [J], 符晓玲;刘旭东
4.矩阵变换器输入侧端口受控耗散哈密尔顿算子建模及无源控制 [J], 潘月斗;徐杰;陈继义;陈虎
5.受控核聚变的一种新途径：—低能注入式磁盖势阱约束法受控核聚变 [J], 甘永超;李文川
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