无槽圆筒型永磁直线电机的推力特性研究

发布时间：2017-11-19 15:05

  本文关键词：无槽圆筒型永磁直线电机的推力特性研究

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【摘要】：无槽结构圆筒永磁直线电机(Permanent Magnet Linear Motor,PMLM)不含齿槽结构,且其横向铁芯不开断,所以此类结构电机只存在纵向边端效应,同时由电机等效气隙大使得初级的电枢反应较小,因此无槽圆筒PMLM以其运行平稳且推力变化范围大的特点在直驱场合越来越得到广泛的应用。提升电机推力一直是直线电机研究背景下的重点,同时分析直线电机端部效应对电机推力的影响对提高电机精度及性能具有重要意义。本文以无槽圆筒PMLM为分析对象,分别从增加电机输出推力以及抑制电机推力波动两个方面开展此类电机的推力特性研究。针对无槽电机漏磁较大而导致电机磁负荷较低的问题,以此为基础开展凸型磁极电机磁场规律解析分析及其尺寸优化,从增加电机磁负荷方面对提高电机推力进行研究。采用热路法对电机虚槽内绕组的发热规律进行分析并对绕组进行热结构优化,从增加电机承受热负荷能力并提高电机峰值推力进行优化分析。针对无槽圆筒PMLM的边端效应,对电机边端磁场进行分析及优化,以降低电机推力波动。本文首先分析了无槽电机与有槽电机相比其磁路的特殊性,采用磁路法与有限元相结合确定了电机的主要尺寸,分别从磁极厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,初级绕组厚度和初级铁芯厚度对电机推力的影响几个方面进行了研究,对电机电磁负荷分配规律进行分析并完成了尺寸初步优化。其次采用磁矢位边界法对凸型磁极的磁场规律进行解析计算,以磁场解析结果为基础分析了凸型磁极尺寸对漏磁系数及推力的影响规律,通过对比分析了凸型磁极与传统矩型磁极相比在增加电机磁负荷提升推力方面的效果。通过对无槽圆筒PMLM样机研制,进行了空载反电势测试以及静推力测试,验证了对凸型磁极提升推力所做分析的正确性。再次采用热路法推导虚槽绕组的热阻分布,通过分析绕组内部结构优化时槽内热阻的变化规律,比较优化前后电机温升变化,并仿真验证了其在增加电机热负荷能力并增加峰值推力的效果。此外分析了凸型磁极在抑制漏磁提高电机磁负荷并降低电机电负荷方面的效果。通过温升实验验证了所做分析的正确性。最后对电机初级铁芯边端磁场分布规律进行了分析,研究了随初级铁芯运动时的磁场变化规律,以此为基础获得了边端推力的变化规律,并采用初级铁芯长度补偿的方式降低电机的推力波动,然后对圆筒PMLM锯齿边端对电机推力的影响进行了分析。通过对样机进行空载定位力实验,验证了初级铁芯长度补偿方式在抑制端部效应并抑制推力波动的有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.4
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本文编号：1203933