平板式永磁直线同步电机的设计与磁阻力的计算分析

论文摘要

随着数控加工技术不断的要求实现高速和精密化,永磁直线同步电动机直接驱动技术以其高速、高精密、快响应、大行程,并能够实现零传动等优异的特性,在高速机械加工装备与高效、高精密的电子工业装备中得到了大量的研究与开发应用。但永磁直线电机也存在着自身的缺陷,由于铁心两端开端产生的端部力和齿槽效应产生的齿槽力,制约着直线电机的发展。本文从对永磁直线电机的设计和优化着手,主要做了以下工作内容：1.对直线电机主要参数之间的关系式,进行了重新的总结。对直线电机的集中绕组结构进行了分析,得到集中绕组分数槽更加适用于永磁直线同步电动机的绕组和结构设计。再通过对不同分数槽绕组结构的分析,确定本电机的绕组结构为11极12槽。最后初步确定了直线电机的方案。2.对永磁直线电机推力波动进行了分析,了解到端部力在推力波动中起主要作用。接着分析了直线电机结构参数对端部力的影响,通过对直线电机初级长度的分析,总结出电机的初级长度与极距有一定的函数关系,可以使得端部力峰值最小；通过对直线电机齿宽和气隙的选取,削弱端部力。并采用分磁环理论来削弱端部力,确定了分磁块的赋加位置和尺寸。还对两单元电机的段间移相优化进行了分析。3.完成了额定功率为106W,额定推力为275N,额定电流为4.4A,同步速为0.384m/s,加速度为8.5g的永磁直线同步电动机的开发。4.搭建了直线电机的实验平台,完成了对样机反电动势、磁阻力的测量。实验结果表明了电机设计和优化方法的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 磁阻力削弱方法的国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 永磁同步直线电机的设计
• 2.1 直线电机主要尺寸的确定
• 2.2 直线电机气隙的选取
• 2.3 直线电机的绕组结构设计
• 2.4 永磁体尺寸的确定
• 2.5 极弧系数的确定
• 2.6 直线电机的初步方案
• 2.7 绕组线圈电阻与同步电抗的计算
• 2.8 本章小结
• 第三章 永磁同步直线电机磁阻力的分析计算及其削弱措施
• 3.1 永磁直线电机磁阻力产生的机理
• 3.2 直线电机磁阻力的分析计算
• 3.3 直线电机参数对端部力的影响
• 3.3.1 初级长度对直线电机端部力的影响
• 3.3.2 齿宽和气隙对端部力的影响
• 3.4 运用分磁环理论优化永磁直线电机端部效应
• 3.5 两单元电机的段间移相优化
• 3.6 几种削弱方法的优缺点比较
• 3.7 本章小结
• 第四章 样机的研制及测试结果
• 4.1 样机的研制
• 4.2 样机的反电动势试验
• 4.3 11极12槽电机推力波动测试
• 4.4 运用分磁环思想后的实验
• 4.5 永磁直线同步电机电磁计算程序的编制
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢