基于混合磁路磁力丝杠的复合结构永磁直线电机系统的基础研究

基本信息
批准号:51407047
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:王骞
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李勇,原庆兵,禹国栋,张波,樊华,高放
关键词:
永磁直线电机复合结构磁力丝杠混合磁路
结项摘要

The drawbacks of low reliability and poor motion accuracy have limited the applications of rotary machines with mechanical ball/roller screws in linear motion systems. Aimed at the increasing demand of high-performance linear systems in a variety of fields, a novel compound-structure permanent magnet linear machine (PMLM) based on magnetic lead screws with hybrid magnetic circuit is proposed, which is the integration of a hybrid magnetic lead screw and a permanent magnet synchronous machine. It enjoys the favorable features of high force density, excellent relaibility and high accuracy. However, due to its particularity in magnetic structure, the electromagnetic characteristics and control strategy of the machine are different from those in other machines. And at present, there are no related reports on this novel machine.. In this project, the compound PMLM will be investigated in a variety of aspects, which include electromagnetic mechanism analysis, operational characteristics computation, balance design between force density and force adjustment ability, magnetic decoupling design, coordination control strategy and prototype measurement. By conducting the research, the principle and mechanism of the compound PMLM will be revealed, and the design optimization and coordination control will be broken through. Further, the framework on analysis, design and control of the machine will be established. The research can not only enrich the interdisciplinary theory of electrical machinery and mechanics, but also widen the application scopes of linear electrical machines, which turn out to be greatly valuable in electrical machine and mechanical transmission areas.

可靠性差、运动精度低的不足限制了旋转电机-机械丝杠方案在直线运动系统的应用。针对国民经济各领域对高性能直线运动系统的需求,本项目提出一种基于混合磁路磁力丝杠的复合结构永磁直线电机新结构。该电机由径向/轴径向混合磁路磁力丝杠和永磁同步电机组成,具有高力密度、高可靠性、高运动精度的特点。由于磁路结构的特殊性,与传统电机相比,该电机电磁特性的分析计算方法、驱动控制策略等均有特殊性,目前尚未见相关的文献报道。本项目开展基于混合磁路磁力丝杠的复合结构永磁直线电机系统的基础研究,内容包括:运行机理分析、特性计算、力密度和电磁力调节能力的平衡设计、磁耦合分析与设计、协调控制以及实验研究。通过开展本项目,揭示复合结构永磁直线电机的机理,突破该电机的设计优化方法及协调控制策略,建立其分析、设计与控制的理论与技术体系。项目对丰富电磁与机械学科交叉研究、拓宽直线电机应用领域具有重要的理论意义和应用价值。

项目摘要

可靠性差、运动精度低的不足限制了旋转电机-机械丝杠方案在直线运动系统的应用。针对国民经济各领域对高性能直线运动系统的需求,本项目提出了一种基于混合磁路磁力丝杠的复合结构永磁直线电机新结构,它由径向/轴径向混合磁路磁力丝杠和永磁同步电机组成,具有高力密度、高可靠性、高运动精度的特点。本项目开展了基于混合磁路磁力丝杠的复合结构永磁直线电机系统的基础研究,从理论上揭示了永磁式、感应子式和永磁-感应子式三种不同形式的磁力丝杠的运行机理以及推力产生机理;计算了永磁式磁力丝杠的推力-位移特性,分析了各结构参数对推力和转矩的影响,提出了推力和转矩等效二维计算模型;提出了螺旋永磁体的替代方案,设计了永磁式磁力丝杠的样机结构;分析了感应子式磁力丝杠的气隙磁场特点,研究了电磁推力的特性;研究了永磁-感应子式磁力丝杠的运行机理和推力特性,并分析了其动态调节特性,验证了复合结构永磁直线电机系统的可行性;突破了复合结构永磁直线电机的分析和设计方法。在项目执行过程中,发表论文8篇,其中SCI论文7篇,EI论文1篇;申请国家发明专利3项,授权国家发明专利1项;培养硕士1名。项目研究对丰富电磁与机械学科交叉研究、拓宽直线电机应用领域具有重要的理论意义和应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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