大行程超薄直线电机驱动单元的设计与优化

发布时间：2020-11-04 10:09

　　 高精度、高可靠性、大行程、小体积已经逐渐成为了直线电机的发展方向,在未来的自动化工业中拥有广阔的应用前景,本文以阵列式大行程超薄直线电机为研究对象,在5mm的单元厚度限制下,通过不同结构的对比分析,得出推力性能指标最优的结构设计方案。首先本文简要分析了直线电机三种基本结构在大行程超薄直线电机中的应用可行性,然后通过等效磁化电流法对直线电机电磁场进行了解析计算,引入矢量磁位结合边界条件,得出了气隙磁密和电机推力的表达式,分析各参数对电机气隙磁密以及推力性能的具体影响,作为后续电机参数设计的理论基础。接下来根据电机单元厚度与推力指标,基于磁路计算和有限元分析软件分别设计了大行程超薄直线电机的动磁式结构和动圈式结构。动磁式结构中,本文详细分析了各参数对电机推力性能的影响,研究了电机推力波动的成因,解析分析了相邻单元永磁体的电磁耦合对电机推力稳定性的影响并通过有限元软件仿真验证,最后设计了动磁式无槽结构进行对比,给出两种结构形式的性能差异。动圈式结构中,基于其简化的结构形式,本文提出了该种结构基于极距比,动子定子厚度比等结构参数的简化设计方法,并给出了结构变量与电机推力性能的关系式。之后通过有限元分析详细说明了各参数对于电机推力性能的具体影响,随后通过磁钢优化、外层单元优化与端部补偿等方法削弱电机推力波动。最后在此结构基础上,应用了Halbach永磁体阵列,使电机推力性能得到了进一步的改善。本文通过结构改进和参数优化分别给出了大行程超薄直线电机动磁式结构和动圈式结构的最优电磁设计方案,通过推力性能的对比分析,得出了适用于大行程超薄直线的最优设计结构。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM359.4
【部分图文】：

图 3-2 无电磁耦合影响动磁式结构电机模型 4A 正弦交流电，永磁体极弧系数对电机推力极弧系数的增加，电机平均推力总体呈增长趋力波动大幅上升，在 0.84 左右电机推力最为平

图 3-6 动磁式直线电机有限元模型（局部）载磁密云图如图 3-7 所示，从中可以看出，当电机处于空高度饱和，但由于电机厚度限制，电机轭部没有太多空间件下运行，这会造成电机漏磁增多，谐波含量增加，影响

动磁式结构空载磁密云图
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本文编号：2869959