基于等效磁网络法的永磁直线电机优化设计

摘要

直线电机是一种特殊类型的电机，可以直接进行电能向机械能的转换，由于其结构简单，效率高被越来越多的应用在数控机床、半导体加工等领域中。直线电机的定位力波动相当于传统旋转电机的转矩波动，是影响其工作性能的一个主要因素。因此对它的研究是直线电机研究的主要课题之一。
　　等效磁路法和有限元法这两种方法是研究永磁直线电机推力的常见方法，然而它们存在各自的缺陷。对于有限法来讲，当直线电机的运动状态发生改变的时，需要再次更新电机的求解区域，因此在对电机进行分析的时候有限元更为消耗资源;对于等效磁路法，由于很难精确分析电机内部的磁通分布以及存在漏磁通的问题，使得求解精度受到一定程度的影响。
　　针对上述问题，本论文研究了一种新型永磁直线电机，采用等效磁网络法分析了永磁球形电机气隙磁场。建立了一台8极9槽半开口槽设计的永磁直线电机二维等效磁网络模型，从而推导出每个单元的磁阻以及磁动势的表达方程，同时还通过平均磁能法求解出气隙磁密度在空间中的分布情况。在此基础上提出一种附加磁极一体式永磁直线电机，该电机具有端部定位力小以及加工制造简单等特点。通过侧向力方法对电机的端部定位力进行解析，推导出使电机端部定位力达到极小值时的附加磁极位置和附加磁极宽度的表达式。建立了具有附加磁极结构的8极9槽永磁同步直线电机的有限元模型并分析其最优位置参数，经比较发现有限元仿真结果与解析结果基本一致，因此验证了理论分析的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 直线电机的研究现状

1．2．1 国外直线电机的研究现状

1．2．2 国内直线电机的研究现状

1．2．3 永磁直线电机的分析方法

1．3 论文主要研究内容

第二章 永磁直线电机工作原理以及有限元分析

2．1 永磁直线电机的基本结构和工作原理

2．2 永磁直线的有限元仿真分析

2．1．1 有限元分析简介

2．1．2 有限元模型的建立

2．3 本章小结

第三章 等效磁网络法分析

3．1 等效磁网络模型

3．1．1 动子磁阻的计算

3．1．3 空气磁导的磁阻

3．1．4 永磁体的设置

3．1．5 绕组励磁参数的设置

3．1．6 气隙磁阻的设置

3．2 磁通密度的求解

3．3 磁导矩阵的导入

3．4 气隙磁密的求解

3．5 本章小结

第四章 永磁直线电机磁阻力的分析

4．1 永磁直线电机磁阻力的分析模型

4．1．1 永磁直线电机的定位力

4．1．2 基于端部效应的永磁直线电机磁阻力的分析模型

4．2 极槽配合分析

4．3 开口槽与半开口槽对永磁直线电机的影响

4．4 本章小结

第五章 附加磁极一体式永磁直线电机

5．1 电机结构

5．2 附加磁极的端部磁阻力分析

5．3 有限元仿真分析验证

5．4 附加磁极最优位置与最优宽度表达式

5．5 附加磁极最优位置验证

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢