圆筒型永磁直线同步电机的电磁场分析与研究

论文摘要

在许多工业控制领域中,被控对象的运动路径往往是直线形式。直线电机能将电能直接转换成直线运动的机械能,省去中间的变换环节,给负载提供直线运动形式的推力,以获得单向或双向的有限可控位移,并且具有长行程、低惯量、高精度、快响应和高速度等特点,因此它具有广阔的应用和发展前景。本文对直线电机的原理、结构、分类和特点等进行了分析和归纳,并重点对圆筒型永磁直线同步电机(PMLSM)进行了较为详细的分析。本文采用有限元分析法(FEM),讨论了永磁体不同排列结构的直线电机气隙磁场的影响。永磁体Halbach结构应用于直线电机,可增大气隙磁通密度基波幅值,得到较理想的气隙磁密正弦分布。本文比较了Halbach磁体结构和传统充磁方式对气隙磁密波形正弦性和基波幅值的影响,并分析永磁体尺寸(包括厚度和宽度)对气隙磁密的影响。本文还介绍了齿槽效应产生的原因以及多极少槽分数槽绕组结构电机的优点,通过有限元分析法,讨论了极槽比对气隙磁场和齿槽效应的影响。齿槽效应与初级槽形密切相关,本文分别计算了开口槽和半开半闭圆底槽的槽漏抗,以及它们对气隙磁场的影响。通过本文对圆筒型永磁直线同步电机电磁场的分析,提出了优化气隙磁场、削弱齿槽力、改善电机性能的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 直线电机的国内外发展情况及研究现状
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第二章 直线电机原理及基本理论
• 2.1 直线电机的结构特点及分类
• 2.2 直线电机的基本理论和工作原理
• 2.2.1 永磁同步旋转电机的工作原理和基本理论
• 2.2.2 永磁同步直线电机的工作原理和基本理论
• 第三章 电机电磁场基础理论及有限元分析法
• 3.1 电机电磁场的理论基础
• 3.1.1 麦克斯韦方程组
• 3.1.2 磁场中的电磁力
• 3.2 有限元分析法
• 3.2.1 研究电机电磁场问题的基本方法
• 3.2.2 条件变分问题及其离散化
• 3.2.3 边界条件的确定
• 3.2.4 网格剖分与运动问题的处理
• 第四章 永磁体的排列形式对磁场的影响
• 4.1 永磁体Halbach 阵列
• 4.2 Halbach 结构与传统充磁方式的比较
• 4.3 永磁体尺寸对气隙磁场的影响
• 4.3.1 永磁体厚度对气隙磁场的影响
• 4.3.2 永磁体宽度对气隙磁场的影响
• 第五章 极槽比以及初级槽形对电机性能的影响
• 5.1 不同极槽比对直线电机的影响
• 5.1.1 分数槽技术特点
• 5.1.2 不同极槽比对磁场的影响
• 5.1.3 极槽比与绕组因数的关系
• 5.1.4 极槽配合对齿槽效应的影响
• 5.2 初级槽形对电机性能的影响
• 5.2.1 不同槽形的初级槽漏抗
• 5.2.2 不同槽形对气隙磁场的影响
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢