本書在總結(jié)國內(nèi)外直線電機(jī)及其應(yīng)用研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上, 針對垂直運(yùn)輸系統(tǒng)用永磁直線電機(jī)的大推力、低成本應(yīng)用需求, 提出兩類新型交替極永磁直線同步電機(jī)結(jié)構(gòu), 一是Halbach交替極永磁直線電機(jī)。二是五相U型交替極永磁直線電機(jī)。研究結(jié)果為交替極永磁直線同同步電機(jī)的工程應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)參考。
為應(yīng)對我國綜合運(yùn)輸效能低下、公眾出行不便、交通能耗高的嚴(yán)峻形勢，、出臺(tái)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，提出交通強(qiáng)國戰(zhàn)略，要求加強(qiáng)新型載運(yùn)工具研發(fā)，加強(qiáng)對可能引發(fā)交通產(chǎn)業(yè)變革的前瞻性、顛覆性技術(shù)研究。建筑交通運(yùn)輸作為交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要組成部分，已引起國家高度重視。目前，建筑交通主要采用鋼絲繩曳引電梯，存在候梯時(shí)間長、擁堵嚴(yán)重，井道數(shù)量多、占用空間大，單級提升高度受限等瓶頸問題，亟需探索新型運(yùn)載系統(tǒng)。為此，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的無繩電梯構(gòu)想被提出，它依靠直線電機(jī)初、次級間的電磁力直接驅(qū)動(dòng)轎廂，無需曳引鋼絲繩，提升高度不受限制，能實(shí)現(xiàn)多轎廂循環(huán)運(yùn)行，大幅減少電梯井道數(shù)量、節(jié)省建筑空間，候梯時(shí)間短、運(yùn)輸效率高，在高層電梯、物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)、立體車庫和立體交通等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，獲得國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和工業(yè)界的高度關(guān)注。
直線電機(jī)無繩電梯系統(tǒng)由于取消了曳引繩，尤其適合長行程、高速、多轎廂并發(fā)運(yùn)輸領(lǐng)域，具有傳統(tǒng)曳引提升系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，但也對現(xiàn)有的直線電機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)提出了更高要求。直線電機(jī)無繩電梯無配重，轎廂載荷依靠直線電機(jī)推力來驅(qū)動(dòng)，要求直線電機(jī)具有盡可能大的推力輸出。另外，在長行程應(yīng)用中，直線電機(jī)沿整個(gè)運(yùn)行軌道鋪設(shè)，要求直線電機(jī)具有盡可能低的加工成本。此外，直線電機(jī)無繩電梯系統(tǒng)無曳引鋼絲繩，為應(yīng)對各類緊急故障場景，確保系統(tǒng)，要求直線電機(jī)具有一定的故障容錯(cuò)運(yùn)行能力。因此，研發(fā)具有大推力、低成本和容錯(cuò)能力的直線電機(jī)尤為迫切。
本書結(jié)國內(nèi)外垂直提升系統(tǒng)及直線電機(jī)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對無繩電梯對直線電機(jī)高推力輸出、節(jié)約成本和容錯(cuò)運(yùn)行的迫切需求，提出和設(shè)計(jì)新型交替極永磁直線電機(jī)，開展新型電機(jī)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)探索、工作機(jī)理分析、電磁特性分析等研究，為新型無繩電梯系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。本書共8章：第1章主要闡述了直線電機(jī)無繩電梯的背景與意義結(jié)了國內(nèi)外無繩電梯、永磁直線電機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀；第2章分析了Halbach交替極永磁直線電機(jī)（HCP-PMLSM）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和電磁特性；第3章開展HCP-PMLSM優(yōu)化設(shè)計(jì)、推力波動(dòng)優(yōu)化分析和實(shí)驗(yàn)研究；第4章分析了HCP-PMLSM推力波動(dòng)機(jī)理和方法，并開展實(shí)驗(yàn)測試；第5章分析了五相U型交替極永磁直線電機(jī)（FUC-PMLSM）的結(jié)構(gòu)行初步參數(shù)設(shè)計(jì)；第6章分析了FUC-PMLSM電磁特性，并對電磁參行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析的正確性；第7章開展FUC-PMLSM全域溫度場分析。第8行FUC-PMLSM故障容錯(cuò)特性分析。
本書由河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院的許孝。本書在寫作過程中得到電氣工程與自動(dòng)化學(xué)的大力支持，得到了上官璇峰、封海潮、艾立旺等諸位老師的指導(dǎo)和幫助，研究生孫震、吉升陽等提供了和實(shí)驗(yàn)分析，在此一并表示感謝。
本書及相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)項(xiàng)目（52177039）、河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（22210216、212102210145）等研究的資助。
本書由河南理工大學(xué)上官璇峰審，他通讀了全部書稿，提出了許多寶貴意見和建議。
本書在寫作過程中參考了大量的文獻(xiàn)資料，對所引用的文獻(xiàn)盡力在書后參考文獻(xiàn)中列出，但難免有所遺漏，是一些被反復(fù)引用很難查實(shí)原始出處的參考文獻(xiàn)，在此向被遺漏參考文獻(xiàn)的作者表示歉意，并向本書所引用的參考文獻(xiàn)的作者表示誠摯的謝意。
由于時(shí)間倉促，加上作者水平有限，不足及疏漏之處在所難免，懇請廣大讀者不吝批評指正。
作者
22年3月于河南理工大學(xué)
許孝卓（1981-)，男，，河南商城人，博士，副教授，博士生導(dǎo)師。河南省高校青年骨、“直線電機(jī)與現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)”河南省優(yōu)秀創(chuàng)新型科技團(tuán)隊(duì)帶頭人、河南理工大學(xué)直驅(qū)電梯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院院長。長期從事永磁電機(jī)、直線電機(jī)等新型電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論、智能控制及故障診斷研究。主持國家自然科學(xué)項(xiàng)目2項(xiàng)、河南省科技攻關(guān)等省級項(xiàng)目3項(xiàng)；參與完成國家自然科學(xué)3項(xiàng)，留學(xué)、河南省產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目等省部級項(xiàng)目6項(xiàng)，企業(yè)橫向研發(fā)項(xiàng)目5項(xiàng)。發(fā)表科技論文30余篇，作為第1、2發(fā)明人申請專利28項(xiàng)，獲批發(fā)明專利12項(xiàng)；獲河南省科步獎(jiǎng)、以及中國煤炭工業(yè)專利獎(jiǎng)等3項(xiàng)科技獎(jiǎng)勵(lì)。
第1章 緒論
1.1研究背景及意義
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀展
1.3本書研究內(nèi)容與任務(wù)
第 2章 新型 Halbach 交替極永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)
2.1 HCP-PMLSM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及磁路分析
2.2HCP-PMLSM參數(shù)初步設(shè)計(jì)
2.3 HCP-PMLSM性能研究
2.4本章小結(jié)
第3章 HCP-PMLSM優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.1初級繞組結(jié)構(gòu)分析
3.2不同槽極配合下HCP-PMLSM特性分析
3.3次級參數(shù)優(yōu)化
3.4本章小結(jié)
第4章HCP-PMLSM推力波動(dòng)
4.1互補(bǔ)型HCP-PMLSM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).
4.2 互補(bǔ)結(jié)構(gòu)推力波動(dòng)原理
4.3推力波動(dòng)的驗(yàn)證
4.4樣機(jī)研制與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
4.5本章小結(jié)
第5章U型交替極永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)
5.1結(jié)構(gòu)及工作原理
5.2不同結(jié)構(gòu)方案對比分析
5.3 初級繞組分析
5.4初步結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
5.5 FUC-PMLSM磁路分析
5.6本章小結(jié)
第6章FUC-PMLSM電磁特性及優(yōu)化
6.1電機(jī)電磁特性分析
6.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
6.3三相電機(jī)與五相電機(jī)性能對比
6.4 FUC-PMLSM 實(shí)驗(yàn)測試
6.5的FUC-PMLSM次級結(jié)構(gòu)
6.6本章小結(jié)
第7章FUC-PMLSM全域溫度場分析
7.1 溫度場模型及參數(shù)計(jì)算
7.2全域溫度場建模分析
7.3不同工況下電機(jī)溫度場分析
7.4本章小結(jié)
第8章 FUC-PMLSM故障容錯(cuò)特性分析
8.1基于磁動(dòng)勢不變的缺相故障容錯(cuò)控制策略
8.2基于重構(gòu)磁場的缺相故障容錯(cuò)控制策略.
8.3兩種容錯(cuò)控制策略對比分析
8.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第1章緒論
1.1研究背景及意義
提升機(jī)是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的運(yùn)輸工具，自從1852年臺(tái)升降機(jī)誕生至今，提升機(jī)驅(qū)動(dòng)方式經(jīng)歷了螺桿、螺母驅(qū)動(dòng)，齒輪、齒條驅(qū)動(dòng)，卷筒驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)，曳引驅(qū)動(dòng)和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種驅(qū)動(dòng)方式。目前，曳引驅(qū)動(dòng)方式的應(yīng)用為廣泛。曳引式電梯采用傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為動(dòng)力源，電梯轎廂和對重通過鋼索連接，并經(jīng)過導(dǎo)向輪懸掛于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出輪兩側(cè)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠驅(qū)動(dòng)輪和鋼索之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)電梯。然而，隨著人口的增加和地表淺層資源的日益枯竭，高層建筑不斷向空中延伸，礦山開采不斷向深層和超深層地下延伸，如我國一些礦井深度已超過1000m以上，南非的一些金礦開采深度已超過3500m。對提升機(jī)的運(yùn)行高度、提升效率、性能、井道空間等提出了更高的要求，現(xiàn)有的曳引驅(qū)動(dòng)方式逐漸暴露出一些致命的缺點(diǎn)：
（1）運(yùn)行效率低。由于采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為動(dòng)力源，曳引式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中不可避免地使用了鋼索、輸出輪、導(dǎo)向輪等中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，以便將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成電梯的直線運(yùn)動(dòng)，這降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率，增加故障率。
（2）一次提升高度受到限制，有時(shí)需要多級提升21。隨著電梯提升高度的不斷增加，曳引電梯的鋼索變得越來越長，越來越粗。其自身的重量在載荷中的比例越來越大，再加上驅(qū)動(dòng)輪的黏著力等問題，使通過曳引鋼索牽引轎廂的難度越來越大，受制于鋼絲繩的強(qiáng)度、單位繩重、系數(shù)、根數(shù)，以及轎廂重量，繩式電梯極限提升高度約1000m。
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