一种永磁同步直线电机的研究

论文摘要

近年来,由于现代精密制造业、微电子制造业等行业的飞速发展,对现代数控机床提出了“高加速度、高速、高精度”的多重要求。而采用永磁同步直线伺服电机来直接驱动是实现数控机床高加速度、高速、高精度的必要途径之一永磁同步直线电机将电能直接转换为直线运动,取消了传统的从旋转电机到工作台之间的中间传动环节,进给系统可以直接驱动负载,具有高加速度、高速、高精度的特性。直线电机在电机系统中日益得到广泛的应用,而其固有的推力波动会影响电机系统的性能,因此改善和抑制电机系统的推力波动显得尤为重要。本文以永磁同步直线电机为研究对象,针对永磁同步直线电机的推力波动进行了分析与研究,提出了抑制推力波动的主要措施。本文首先介绍了永磁同步直线电机的基本结构、工作原理及分类；再从永磁材料入手,进行永磁同步直线电机的基本磁场建模与分析,并简述了电磁场有限元的基本理论及MaxWell电磁场有限元软件的基本操作；为分析并减小永磁同步直线电机的端部力波动,本文分析了影响电机推力波动的诸多因素,重点讨论了影响电机推力波动的主要因素：端部效应；提出了一种改变端部结构尺寸优化端部力的方法,理论计算、有限元仿真分析以及大量实验验证表明该方法确实是种抑制波动力行之有效的方法；本文还研究了直线电机综合检测平台,对永磁同步直线电机的重要参数(反向电动势、力常数、端部力等)进行实验设计及测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 直线电机结构原理及分类
• 1.2.1 直线电机的基本结构及工作原理
• 1.2.2 直线电机的分类
• 1.3 永磁同步直线电机磁场建模与分析
• 1.3.1 永磁材料的性能及其数学模型
• 1.3.2 永磁同步直线电机样机的磁场解析基本模型
• 1.4 电磁场有限元分析基础
• 1.4.1 电磁场有限元方法概述
• 1.4.2 二维电磁场基本理论
• 1.5 大推力永磁同步直线电机的研究现状与发展趋势
• 1.5.1 直线电机的发展
• 1.5.2 直线电机的应用
• 1.5.3 国内外直线电机推力波动的研究概况
• 1.6 论文研究的主要内容
• 第2章 永磁同步直线电机的有限元分析
• 2.1 Ansoft Maxwell有限元软件简介
• 2.1.1 Maxwell 2D瞬态模块介绍
• 2.2 永磁同步直线电机的仿真过程
• 2.2.1 直线电机建模
• 2.2.2 材料的定义及分配
• 2.2.3 边界条件的定义与加载
• 2.2.4 激励源的定义及加载
• 2.2.5 网格剖分
• 2.2.6 求解设定、分析自检、求解
• 2.2.7 后处理
• 2.3 本章小结
• 第3章 直线电机端部力分析与改善策略
• 3.1 影响直线电机伺服性能的扰动因素
• 3.2 永磁直线电机端部效应概述
• 3.2.1 横向端部效应
• 3.2.2 纵向端部效应
• 3.3 永磁直线电机端部效应推力波动分析
• 3.3.1 端部力数学模型及优化原理
• 3.3.2 永磁同步直线电机原型端部力有限元分析
• 3.3.3 通过改变端部结构尺寸优化端部力
• 3.3.4 一种通过改变端部结构尺寸来优化端部力的方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 直线电机综合检测平台的研究
• 4.1 研究的目的与意义
• 4.2 方案设计
• 4.2.1 机械方案设计
• 4.2.2 控制方案设计
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 单轴调试模块
• 4.3.2 静态测试模块
• 4.3.3 动态测试模块
• 4.4 检测平台的构成及功能描述
• 4.4.1 检测平台的构成
• 4.4.2 主要功能
• 4.4.3 性能指标
• 4.5 本章小结
• 第5章 永磁同步直线电机的实验研究
• 5.1 实验用直线电机概述
• 5.2 反向电动势常数测试
• 5.2.1 反向电动势的测试方案及测试数据分析
• 5.2.2 反向电动势的仿真数据分析
• 5.2.3 反向电动势理论数据、测量数据、仿真数据对比分析
• 5.3 力常数测试
• 5.3.1 力常数测量方案及测量数据分析
• 5.3.2 力常数的仿真数据分析
• 5.3.3 力常数理论数据、测量数据、仿真数据对比分析
• 5.4 静态波动力测试
• 5.4.1 静态波动力测量方案及测量数据分析
• 5.4.2 静态波动力的仿真数据分析
• 5.4.3 静态波动力测量数据、仿真数据对比分析
• 5.5 定位精度、重复定位精度测试
• 5.6 速度响应测试
• 5.7 永磁同步直线电机的应用
• 5.7.1 永磁同步直线电机在PCB钻孔机上的应用
• 5.7.2 应用结果分析
• 5.8 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢