项目名称: 磁力丝杠集成作动系统及其分数槽集中绕组的低谐波设计

项目编号: No.51477068

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 电工技术

项目作者: 吉敬华

作者单位: 江苏大学

项目金额: 86万元

中文摘要: 心脏疾病已成为危害人类健康的头号杀手,人工心脏解决了心脏移植供体匮乏的难题。克服现有心脏泵在血损、可靠性、推力密度等方面的不足,提出一种高性能直线作动系统。将永磁电机与磁力丝杠相集成,设计无导磁轭复合转子结构,实现磁通解耦,系统可靠性高、力密度高;低谐波分数槽集中绕组设计,在兼具高效率、高功率密度等优点的同时,消除了高危害磁动势谐波。研究拓扑结构和电磁参数对磁动势谐波、磁通耦合度、边端效应、振噪特性以及功率/体积(质量)比的影响规律,总结该类作动系统的设计原理和优化计算方法;分析系统的动态性能,建立多维运动模式的动态仿真模型;研究控制策略,搭建实验平台,基于血液循环模拟试验系统,进行系统综合性能的分析与评估。提炼基础科学问题,探寻永磁电机与磁力丝杠解耦分析与一体化设计的耦合路径,揭示高集成磁力丝杠作动系统与低谐波分数槽集中绕组设计的一般性规律,为其在多种高要求领域的应用奠定理论与实验基础。

中文关键词: 直线电作动器;永磁电机;分数槽集中绕组;推力密度;谐波

英文摘要: Cardiovascular disease has been the top of causes of human deaths worldwide and artificial heart technique offers the opportunity of heart transplantation when the shortage of donors is very serious. In order to solve the problems of existing blood pumps, such as blood damage, low reliability and low force density, a novel linear electromagnetic actuator with improved performance is proposed, in which a permanent-magnet motor and a magnetic screw are integrated. By adopting non-magnetic yoke in composite rotor, the proposed actuator can decouple fluxes of motor and screw, offering high reliability and high force density. Fractional-slot concentrated windings motors incorporate the merits of high efficiency and high power density, while low harmonic design is employed to eliminate their high hazard MMF harmonics. Topology and electromagnetic parameter are investigated, including their influences on MMF harmonics, decoupled fluxes, end effect, vibration and noise and ratio of power to system size (mass). Then, design principle and optimal calculating method of the proposed actuator system are summarized. Its dynamic performance is also predicted, by which dynamic simulation model in multi-dimensional operation mode is developed. The control strategies are studied and experimental platform is built. Based on simulation system for blood circulation, overall performance is experimentally analyzed and evaluated. The basic problems of science can be clarified. For both permanent-magnet motor and magnetic screw, the methods of individual analysis and integrated design are explored. The general rules are revealed in which magnetic screw is highly integrated and fractional-slot concentrated windings motors are with low harmonic. This project lays theoretical and experimental foundations for their applications in many high requirement fields.

英文关键词: linear electromagnetic actuator;permanent-magnet motor;fractional-slot concentrated windings;force density;harmonic

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