初级绕组分段结构永磁直线同步电机的研究

论文摘要

永磁直线同步电机因其具有速度快、精度高、响应迅速等优越性能,正在被广泛应用于加工中心、高速运输等诸多领域。本文通过解析分析和有限元仿真计算相结合的方法,对长初级永磁直线同步电机的定位力进行分析,研究电机结构参数变化对电机性能的影响,对初级绕组分段电机的推力特性和电磁参数进行分析,为进一步对电机进行分段控制提供了理论依据。本文分析了永磁直线同步电机定位力的组成,对比了长初级短次级和短初级长次级永磁直线同步电机,指出影响长初级永磁直线同步电机定位力的主要因素是齿槽定位力。采用气隙相对磁导分布函数和光滑电枢表面下磁场相结合的方法解析分析了齿槽效应对长初级永磁直线同步电机定位力的影响,得到了影响齿槽定位力的结构参数。建立了长初级永磁直线同步电机的有限元分析模型,分析了极弧系数、永磁体外形和永磁体排布方式对电机磁场和推力特性的影响,并针对极弧系数和永磁体弧形表面进行优化,确定了实验样机的结构参数。提出了一种新的初级绕组分段方式,分析了初级绕组分段对永磁直线同步电机推力特性的影响,运用有限元方法仿真分析了动子逐渐滑过两段初级绕组交越段时电机推力和电感参数的变化情况。根据上述分析和仿真结果,设计并研制了长初级永磁直线同步电机的实验室样机,并对其进行了实验研究。实验结果与仿真结果基本吻合,从而验证了仿真的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 直线电机概述
• 1.2.1 直线电机的基本原理
• 1.2.2 直线电机的分类
• 1.2.3 直线电机的发展与应用
• 1.3 永磁直线同步电机研究现状
• 1.3.1 永磁直线同步电机的分析理论
• 1.3.2 永磁直线同步电机推力分析方法
• 1.3.3 永磁直线同步电机端部效应研究现状
• 1.3.4 永磁直线同步电机齿槽效应研究现状
• 1.3.5 直线电机初级分段的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 长初级永磁直线同步电机定位力解析分析
• 2.1 引言
• 2.2 端部效应对长初级永磁直线同步电机的影响
• 2.3 齿槽效应的主要分析方法
• 2.4 齿槽定位力的解析分析
• 2.4.1 气隙相对磁导函数的计算
• 2.4.2 光滑电枢表面下气隙磁场的计算
• 2.4.3 齿槽定位力的求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 长初级永磁直线同步电机定位力有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元模型的建立
• 3.2.1 仿真模型的建立
• 3.2.2 仿真模型材料的选取
• 3.2.3 求解区域及剖分
• 3.3 主要结构参数对电机性能的影响分析
• 3.3.1 极弧系数对电机性能的影响
• 3.3.2 弧形永磁体对电机性能的影响
• 3.3.3 Halbach 永磁体阵列对电机性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 长初级永磁直线同步电机绕组分段的研究
• 4.1 引言
• 4.2 初级绕组分段时永磁直线同步电机推力解析分析
• 4.3 动子逐渐滑出对电机推力及电磁参数的影响
• 4.3.1 永磁直线同步电机分段模型
• 4.3.2 不同位置推力的变化
• 4.3.3 不同位置电感的变化
• 4.4 本章小结
• 第5章 永磁直线同步电机的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 永磁直线同步电机样机
• 5.3 样机实验与分析
• 5.3.1 定位力测量
• 5.3.2 静态推力测试
• 5.3.3 空载反电势测量
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢