环形绕组磁场调制式直线永磁同步电机的研究

摘要

高精度机床一直为工业生产的核心部分，也是各国工业竞争的焦点。由于传统的机床加工精度以及力密度很难从优化上进一步提高，国内外相关研究学者开始从原理上研究新型具有高推力密度、低推力波动的直驱系统。本文根据磁场调制原理，设计一台具有大推力，高精度的直线永磁同步电机，从原理上阐述了电机在低速运行状态下获得更大的推力，研究了电机各尺寸对于电机整体性能的影响。
　　本文设计一台额定推力为370N的磁场调制式直线永磁同步电机，通过解析法对电机的磁场进行解析，建立矢量磁位方程加边界条件的形式，求出气隙磁密的通解;并考虑铁心中齿槽对磁密分布的影响，推导出电机在运行过程的电磁性能，得出电机参数对电机性能影响的变化规律。对环形绕组磁场调制式直线永磁同步电机的电阻、电感以及反电势等电机参数进行公式推导，阐明环形绕组具有的优势。
　　本文利用Ansoft仿真软件对设计电机进行有限元仿真运算，首先分析了电机的磁路以及反电势波形以验证电机仿真结构与解析结果是否吻合，然后对电机的各部分尺寸进行优化，优化过程主要分为对磁极的优化，电机初级齿槽结构的优化（包括槽宽和槽深）以及定位力的优化。其中对比的主要衡量电机性能的指标首先为推力密度，其次为定位力及推力波动。提出了对端部定位力优化的一种铁心长度预测方法，通过对电机端部力的解析，得出铁心长度与端部力的关系，从而求得最优解。最后通过对样机进行实验平台搭建，分析了电机定位力以及空载反电势与理论值的误差，为以后的进一步研究打下基础。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 直线永磁同步电机国内外研究现状

1．3 磁场调制式直线永磁同步电机研究现状

1．4 本文主要研究方案及内容

第2章 磁场调制式直线永磁同步电机的磁场解析

2．1 引言

2．2 磁场调制式直线永磁同步电机磁路模型

2．3 磁场调制式直线永磁同步电机磁场解析模型

2．4 永磁体单独作用下的磁场解析

2．5 电枢单独作用下的磁场解析

2．6 齿槽效应对电机磁场分布的影响

2．7 本章小结

第3章 磁场调制式直线永磁同步电机的参数分析

3．1 引言

3．2 电机的电阻分析和计算

3．3 电机的电感分析和计算

3．4 电机的反电势分析

3．5 对端部力的解析

3．6 本章小结

第4章 磁场调制式直线永磁同步电机的有限元分析及实验验证

4．1 引言

4．2 电机有限元模型的建立

4．3 对电机磁极的优化

4．4 对电机槽型的优化

4．5 对铁心长度的优化

4．6 与永磁同步电机的比较

4．7 样机优化后参数及后续样机的制作

4．8 本章小结

第5章 磁场调制式直线永磁同步电机的设计方法

5．1 引言

5．2 磁场调试式直线永磁同步电机的设计流程

5．3 磁场调试式直线永磁同步电机主要尺寸的确定

5．4 磁场调试式直线永磁同步电机各组成部分的设计

5．4．1 初级铁心的设计

5．4．2 永磁体的设计

5．4．3 绕组的设计

5．4．4 次级轭板的设计

5．4．5 电磁负荷的设计

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢