超声旋转行波马达研究

采用解析法求解了环形行波超声马达定子振动的幅频特性，并在此基础上，依据马达转子的动力学方程，建立了定子与转子间的接触数学模型，从理论和实验两个方面分析了输入激励电源频率及电压大小变化对马达输出机械特性的影响，结果表明，超声马达的输出特性与激励电源的参数密切相关，在谐振频率附近，马达的阻转力矩和输出转速都有较大增加，增加驱动电压，阻转力矩和输出转速将单调增大。     

1 mm管式悬臂梁结构微型超声马达研究

利用外径1.0 mm,内径0.6 mm的压电PZT陶瓷管,研制了相同结构的三种不同长度悬臂梁的管式微超声马达.为改善定子与转子之间的摩擦性能,在定子的自由端粘结金属帽形成复合定子.马达定子外壁均匀分为4个电极,内壁接地;为消除引线对定子振动的影响,电极通过固定座直接连接到驱动电路.通过不同质量的负载,调节定子和转子之间的预紧力.考虑定子管长和金属帽的影响,采用有限元方法分析定子共振频率和有效机电耦合系数随陶瓷管长度和金属帽质量的变化.结果表明,随着管长或金属帽质量的增加,定子共振频率和有效机电耦合系数下降.根据理论计算和实验测量,表明所研制的微型超声马达第一阶弯曲共振频率的理论分析值与实验测量值吻合.实验测量还表明,马达在定子共振频率附近具有最大转速;并且在相同预紧力下,马达转速随电压近似线性增加,当电压加至120V时,转速可达每秒85转,加大预紧力,马达输出力矩提高,当预紧力加至70 mN时,输出力矩可达4.7μNm.     

高速喷漆涡轮弹性耦合系统结构动态特性

为提高喷漆涡轮的性能、使用寿命和可靠性，将一类高速喷漆涡轮系统机架与转子间精密滚动球轴承用约束矩阵来描述，并将整个涡轮系统考虑成柔性、耦合双弹性梁，运用模态综合法建立了弹性动力学模型．考虑转子前后两端喷杯及底盘偏心，建立了双面离心力作用下的转子子系统广义力模型．在此基础上，研究了耦合系统固有频率和主模态等系统动态特性以及转子末端的动态响应，揭示出支承轴承对耦合系统固有频率及转子末端振动幅值的影响规律．试验验证了该耦合系统弹性动力学建模方法的正确．     

色噪声下双头分子马达停留时间

分子马达是一类能将化学能直接转变为机械能的蛋白质大分子，它们沿相应微管作定向运动，其定向运动机制对生物高分子合成有重要的指导意义．引入分子马达双头之间的耦合作用势函数，建立分子马达在色噪声作用下的双头耦合模型．采用二阶龙格一库塔算法求解Langevin方程，结合Monte Carlo模拟方法，计算得到马达的停留时间和跃迁时间．进一步讨论了耦合系数、噪声强度、外部作用力对停留时间及跃迁时间的影响，并作了相应的分析．     

一种压电超声马达的工作原理

定性介绍了压电陶瓷技术研究所研制的一种压电超声马达的工作原理。通过定量建立和解压电定子的振动方程,得出定子驱动端轨迹为椭圆这一推动转子转动的关键,并对转子材料提出一些要求。     

车用发电机定子绕组匝间短路故障下转子弯扭耦合振动特性分析

运用数值积分法,在建立发电机转子系统弯扭耦合振动模型基础上,考虑定子绕组匝间短路故障时发电机转子弯曲及扭转电磁刚度的影响,对不同程度匝间短路故障下转子的弯曲及扭转振动特性进行分析。结果表明,发电机定子匝间短路故障不仅会使转子弯曲和扭转振动加强,还会增加转子弯振和扭振中的倍频及高倍频成分;随短路程度加大,弯振的1、3、5等奇数次倍频振动量与扭振的2、4等偶数次倍频振动量逐渐增加,且弯振中1倍频振动量最大,扭振中2倍频振动量变化最为显著。     

单定子多转子型超声马达的研制

从扭振换能器理论和弹性柱体扭转理论出发，利用柱体扭转时的翘曲振动，研制成一种单定子多转子型超声马达     

复合型超声马达纵向振动建模

针对采用一维理论模型在研究复合型超声马达振动特性时分析结果出现误差的情况,设计一种新型双定子复合型超声马达;利用马达的对称性建立了定子纵向振动分析物理模型;将定子纵向与横向振动的动能同时引入Hamilton方程,推导了考虑马达横向振动效应的定子纵向振动分析微分方程与动力边界条件;运用Maple软件对定子运动微分方程进行求解,获得了定子纵向振动固有频率;采用有限元模型与一维理论模型时定子的纵向振动固有频率进行对比计算,并对马达原型机的固有频率进行测定.研究结果表明:所建模型比一维理论模型具有更高的分析精度;分析结果与实验值及有限元计算值吻合.     

叶片马达凸轮转子过渡曲线特性分析

介绍了一种新型凸轮转子连续回转电液伺服叶片马达的工作原理,推导了马达瞬时驱动转矩和瞬时转速的解析式,分析了过渡曲线的动态特性和力学特性,讨论了凸轮转子过渡曲线对提高马达性能的作用和设计准则,对二次等加速等减速、二次正弦和余弦及二次阿基米德等过渡曲线进行了理论推导与分析.结果表明,二次余弦曲线适用于作为三轴仿真转台所用凸轮转子叶片马达的过渡曲线,并有利于提高马达的性能.     

基于电磁-结构耦合的异步电机外特性优化

为了改善电动汽车的动力性能,提出一种基于电磁-结构耦合分析的异步电机外特性优化方法．首先,根据等效电路分析了电机外特性(基速和最大输出功率)的影响因素,选择定子槽口宽度、转子槽宽、转子槽口高、转子槽深作为设计变量;其次,利用拉丁超立方实验和仿真方法获取了样本及相应的目标参数值,并建立了目标函数的克里金(Kriging)代理模型、径向基函数(RBF)及响应面方法(RSM)代理模型;最后,以效率为约束建立了优化模型,并用多目标优化算法进行参数优化．结果表明：相比原始设计,优化后的电机基速和最大输出功率分别增大了45.04 r/min和0.69 kW.     

纯电动汽车用轮毂无刷电机转矩控制系统的仿真

针对电动汽车用轮毂无刷直流电机的转矩控制进行研究,在满足驾驶员需求功率下,对估算得到的电机输出转矩进行闭环控制,达到了电机的目标输出转矩,能简化控制系统、实现准确控制,提高了系统瞬态响应.利用MATLAB/Simulink搭建了车辆行驶在ECE40行车状态时的动态仿真平台.仿真结果显示:建立的电机转矩控制系统能够控制电机满足驾驶员控制车速的需求,且估算到的输出转矩与电机实际的输出转矩较好的吻合,能使轮毂电机高效、稳定、快速地产生电磁转矩,改善了电动汽车驱动系统性能.     

永磁无刷直流电动机直接转矩控制研究

永磁无刷直流电动机起动转矩大,其转矩脉动也大,电动机运行时会产生很大的噪声和振动.为了减小转矩脉动,设计了永磁无刷直流电动机的直接转矩控制方案,直接将定子磁链空间矢量和电磁转矩作为被控变量,实现对电磁转矩的直接控制.基于Matlab/Simulink软件,建立了控制系统仿真模型,仿真结果表明该方法可以较好地抑制电动机的转矩脉动,提高系统控制性能.     

含零矢量作用的永磁同步电机直接转矩控制研究

通过对永磁同步电机直接转矩控制机理的分析,指出了永磁同步电机与异步电机在实施直接转矩控制上的某些差异,其中零电压矢量的作用有所不同.由于永磁同步电机控制变量中没有转差的概念,电磁转矩变化受控于功角与功角的增量,而零电压矢量对功角增量的作用很弱,因此一般从转矩的动态控制效果认为,零矢量不适合在永磁同步电机直接转矩控制中应用.文章对此作出了修正,从理论和实验角度都证明,零矢量可以参与永磁同步电机转矩的直接控制,在有效抑制转矩和磁链脉动及提高系统性能上有独特的作用.     

Halbach阵列永磁球形电动机转矩的三维有限元分析

为分析Halbach阵列永磁球形电动机复杂边界条件对电机性能的影响,采用有限元法对电机转矩特性进行了研究．建立了Halbach阵列永磁球形电动机三维有限元模型,得到了电机转矩的空间分布,并与解析法得到的结果进行了对比分析．在保证Halbach阵列永磁球形电机体积不变的情况下,分析了电机结构参数对电机性能的影响．对不同磁体结构球形电动机产生的自转转矩和倾斜转矩进行了比较．漏磁、磁场谐波及各自由度之间的电磁耦合对转矩特性的影响可以在有限元法中得到体现,使其与解析法得到的结果有所差别．永磁球形电动机采用Halbach阵列磁体结构后,转矩的输出能力得到了提高．在电机结构参数中,转子磁体厚度、定子线圈高度、内径及外径对电机的输出转矩能力具有较大的影响．结果表明在提高电机转矩输出能力上,电机结构参数存在最优值．     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。     

定子槽偏移的内置式永磁同步电机的优化与分析

为降低永磁同步电机齿槽转矩和提高电机输出性能,以三相8极36槽内置组合式永磁同步电机为例,提出了一种电机定子槽偏移的方法。首先,通过理论推导定子齿气隙磁导函数,建立电机定子槽偏移数学模型;其次,对不同定子偏移槽数下不同偏移角度的齿槽转矩峰值、输出转矩以及转矩脉动的影响做出分析,利用自适应遗传算法确定电机定子偏移槽数偏移角度下的目标值;最后,通过试制样机进行实验。结果表明,优化后的电机齿槽转矩峰值降低了49.56%,转矩脉动降低了39.2%,平均输出转矩得到适当提升,气隙磁密谐波得到适当降低,同时,平均输出转矩增大,电机输出性能得到提升。所提定子槽偏移结构及多目标联合仿真方法具有一定的合理性和有效性,可为同类型电机的齿槽转矩优化和输出性能提高提供参考。     

开关磁阻电动机转矩算法研究

针对开关磁阻电动机在传统控制方式下转矩出现严重波动的问题,提出了控制开关磁阻电动机的直接转矩算法,通过查询开关表选取合适的电压矢量来控制磁链大小和方向,把转矩作为直接控制量。首先,从直接转矩算法理论出发,基于Matlab/Simulink平台分别设计了直接转矩控制和电流斩波控制下的系统仿真模型;其次,在开关磁阻电动机模型和电动机负载一致的情况下,将直接转矩算法仿真结果与电流斩波算法比较;最后,通过硬件实验平台验证直接转矩算法的可行性。该研究表明,直接转矩控制下转矩脉动可以得到良好的抑制,拓宽了开关磁阻电动机的应用领域。     

削弱新型永磁步进电机齿槽转矩的不同设计措施及其对比

齿槽转矩是引起永磁步进电机振动、噪声甚至影响其安全运行的主要因素.在描述该种电机结构的基础上,研究了供电方式对电磁转矩的影响,分析了削弱永磁步进电机齿槽转矩的不同设计措施,给出了其齿槽转矩的数学表述.以一台永磁步进电机样机为例,用有限元法计算了几种不同设计措施对电机齿槽转矩的影响,并进行了对比研究,从而为该种电机的设计提供了可以借鉴的理论依据.图8,表1,参8.     

永磁球形电动机转矩特性的数值计算与分析

提出了一种新型永磁球形电动机的基本结构与运行机理,建立了其三维有限元分析模型;针对驱动电机自转的转矩进行了数值仿真,得到了永磁球形电动机的电磁转矩特性曲线和磁阻转矩特性曲线．通过比较分析球形电机不同转子极充磁方式、定子线圈铁心磁导率以及定子外壳是否采用铁磁材料时电磁转矩特性的变化,得出了提高球形电机输出转矩的有效途径．系统地分析了球形电机主要参数的变化对电机转矩的影响,得到了永磁球形电动机最大静转矩随定子极高度、定子铁心半径、永磁含量系数、线圈安匝数以及气隙长度等参数的变化规律．分析结果为永磁球形电动机的优化设计提供了依据．     

具有直流励磁的开关磁阻电机解析模型

建立了具有直流励磁的开关磁阻电机(SRDC电机)的采用正弦波双极性激励时的dq模型,对其转矩产生机理和转矩控制方法进行了深入分析,发现SRDC电机存在导致d轴和q轴互感的正交磁耦合现象,而正交磁耦合正是造成SRDC电机在采用矢量控制时仍存在转矩脉动的原因.分析表明,SRDC电机的转矩包括平均转矩和脉动分量两部分,其平均转矩与直流励磁磁链和q轴电流的乘积成正比;其转矩的脉动分量是随转子位置角变化的三次谐波,平均值为0.因此,id=0矢量控制是SRDC电机的最佳控制模式.