双边永磁同步直线电机设计与研究
发布时间：2021-01-20 06:36
随着稀土永磁材料钕铁硼的发现和电机控制技术的发展与完善,在某些需要高精度、高速度、高加速度等直线运动场景中,永磁直线电机已经体现出其他电机所无法比拟的优势。从直线电机本体设计角度看,以往科研工作者的研究重点通常集中在输出推力较小的单边永磁同步直线电机及其推力波动的优化,而本文的侧重点是在双边永磁直线电机设计上,可以简要概括为:介绍了直线电机的优缺点及各个发展阶段,对比了目前国内外主要厂家最新直线电机产品性能,总结了国内外科研机构关于直线电机的最新研究成果;也重点介绍了国内外专家和学者对减小直线电机推力波动提出的结构与控制方面的新方法与新理论。详细阐述了用解析法设计每双边永磁直线电机的过程,包括两种双边有铁芯直线电机和一种双边U型无铁芯永磁直线电机;对于双边有铁芯直线电机分别进行了初级硅钢片齿与槽、线圈排列方式的设计,对于次级则进行了永磁体和磁轭的设计;分类讨论双边无铁芯U型直线电机各种类型绕组。通过引入电机内部电磁场定理,将第一种双边有铁芯直线电机的磁场模型简化为单边永磁直线电机磁场模型,得出了这种直线电机内部各个组成结构的磁通密度数学表达式;对于双边无铁芯永磁直线电机则分别采用了等效...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转电机驱动
第1章绪论1第1章绪论1.1课题研究的背景自从19世纪50年代第二次工业革命以来，电力在工业中得到了普及应用，绝大部分机器中蒸汽机被电动机所代替，这极大激活了生产力活力，现代工业由小规模的手工作坊式的时代一跃发展到大规模工厂生产时代。按照各种类型电机在工业中应用的广泛程度来看，各种类型的旋转电机在各个方面的应用最为广泛。在旋转电机发明不久，科学家们就在旋转电机原理基础上提出了直线电机模型[1]。旋转电机具有种类多样，输出转矩范围宽泛，无论是结构设计与控制方面已发展的相当成熟，因此近几十年来旋转电机在新结构设计方面还未取得革命性突破；近代以来，随着新型永磁材料的不断发现，永磁直线电机发展却表现出相当迅猛的势头，与旋转电机相比，直线电机优点主要体现在如下几个方面：一是结构简单，传统旋转电机直接输出的是旋转运动，当某些工业场景中需要直线运动时，通常办法是将它和丝杠一起使用（如图1-1所示），而直线电机可以产生直线运动，在进给系统中，实现了电机到运动台之间直接驱动，使得整个传动系统更加高效。二是定位精度高，，可以完全消除中间传动件发生变形所带来的定位误差影响，因此在数控机床、半导体加工、激光工业等要求高精度、高速、快速响应的行业已有大量应用，在这些应用场所中有取代传统旋转电机的趋势（如图1-2所示）。图1-1旋转电机驱动图1-2U型无铁芯直线电机驱动三是反应灵敏、伺服性能良好，直线电机初级与次级之间无直接接触，运动时运动部件与机架采用导轨滑块连接与旋转电机一样，初级与次级之间也存在气隙，二者之间
吉林大学硕士学位论文6图1-3潜油直线电机图1-4十字形气浮直线电机与大族电机相比同茂电机不仅生产各种类型的直线电机，还生产直线电机配套产品如霍尔传感器、运动控制产品等。图1-5是同茂公司生产的单边永磁同步直线电机，它具有推力大、加速快、输出推力平稳等特点，也采用了高效液体冷却和内置过热保护装置及齿槽力抑制技术。图1-6是同茂电机生产的圆柱音圈直线电机模组，行程一般不超过50mm,音圈电机直径是12mm，由于它能提供高推力和高加速度，峰值力范围为1N到5000N,因此占据了国内80%的市常这种音圈电机可以应用到控制阀、位置控制仪器、震荡器、吸震器等装置中。图1-5同茂平板型永磁直线电机图1-6同茂圆柱音圈直线式电机国内研究直线电机的科研院所有中科院电工研究所、中科院宁波材料研究所，中车株洲所等，国内研究直线电机高校有浙江大学、沈阳工业大学、东南大学、南京理工大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学等。沈阳工业大学在唐任远院士带领下在电机领域取得了丰硕的成果，目前该校拥有国家级永磁电机研发中心和教育部所属特种电机实验室。在直线电机领域该校成功设计与制造出国内首台永磁同步直线电机样机，各项性能参数为：（1）额定推力275N；（2）额定功率106W；（3）额定电流4.4A；（4）额定加速度8.5g；最近又试制成功了圆筒形永磁无刷直流直线电机，其各项性能参数为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机模糊PI控制器研究与仿真[J]. 史激特,葛黎新,李长红. 计算机与数字工程. 2019(10)
[2]无铁心永磁同步直线电机电磁-热-应力耦合分析[J]. 李争,岳非弘,王蕾永,刘慧贤,王群京. 微电机. 2019(04)
[3]双边水冷永磁直线电机的磁热耦合分析（英文）[J]. 陈轶,卢琴芬,沈燚明. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]表贴式永磁电机齿槽转矩削弱方法[J]. 沈斐阳,钟文哲. 中国科技信息. 2019(02)
[5]一种大推力凸极永磁直线同步电机特性分析[J]. 汪旭东,翟中飞,许孝卓,孙伟翔,师宇飞. 机电工程. 2018(10)
[6]少稀土组合励磁永磁无刷电机设计与分析[J]. 吴伟强,朱孝勇,项子旋,全力. 电机与控制应用. 2018(09)
[7]面向导弹电磁弹射的双边感应直线电动机研究[J]. 沙赵明,于存贵,王小召. 微特电机. 2018(08)
[8]高效异步电机设计综述[J]. 班东坡,李红梅,刘立文. 微电机. 2018(04)
[9]多磁极式永磁电机的故障机理与损耗分析[J]. 范辉,陈艳羚,谢卫,汤天浩. 电气自动化. 2018(02)
[10]大功率多相永磁同步直线电机设计[J]. 谢建隆,陆可,郑云广,郭冀岭. 微电机. 2018(02)
博士论文
[1]圆筒型错齿结构横向磁通永磁直线电机的研究[D]. 于斌.哈尔滨工业大学 2016
[2]混合动力汽车用横向磁通双转子电机的研究[D]. 赵全斌.哈尔滨工业大学 2016
[3]进给系统用双边磁通切换永磁直线电机研究[D]. 刘强.东南大学 2015
硕士论文
[1]无铁芯永磁同步直线电机的设计和优化分析[D]. 张家祯.河北科技大学 2018
[2]电梯用永磁同步电机的设计与优化[D]. 孙欢欢.扬州大学 2017
[3]大容量励磁补偿式双馈起动低速永磁同步电动机研究与设计[D]. 庞国俊.华中科技大学 2017
[4]磁通切换型永磁直线电机无位置传感器控制研究[D]. 张雁泽.南京航空航天大学 2017
[5]混合动力汽车用调制环内置式无刷双转子电机的研究[D]. 刘家琦.哈尔滨工业大学 2016
[6]机床用永磁同步直线电机设计与分析[D]. 曹育硕.东南大学 2016
[7]无铁芯永磁同步直线电机的研究[D]. 马振琦.东南大学 2015
[8]水冷式永磁直线电机热性能与推力研究[D]. 张新敏.浙江大学 2014
[9]永磁同步直线电机的设计及其磁阻力的优化[D]. 章达众.宁波大学 2013
[10]开关磁阻电机损耗及其温升研究[D]. 张灵霞.南京航空航天大学 2013
本文编号：2988575
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转电机驱动
第1章绪论1第1章绪论1.1课题研究的背景自从19世纪50年代第二次工业革命以来，电力在工业中得到了普及应用，绝大部分机器中蒸汽机被电动机所代替，这极大激活了生产力活力，现代工业由小规模的手工作坊式的时代一跃发展到大规模工厂生产时代。按照各种类型电机在工业中应用的广泛程度来看，各种类型的旋转电机在各个方面的应用最为广泛。在旋转电机发明不久，科学家们就在旋转电机原理基础上提出了直线电机模型[1]。旋转电机具有种类多样，输出转矩范围宽泛，无论是结构设计与控制方面已发展的相当成熟，因此近几十年来旋转电机在新结构设计方面还未取得革命性突破；近代以来，随着新型永磁材料的不断发现，永磁直线电机发展却表现出相当迅猛的势头，与旋转电机相比，直线电机优点主要体现在如下几个方面：一是结构简单，传统旋转电机直接输出的是旋转运动，当某些工业场景中需要直线运动时，通常办法是将它和丝杠一起使用（如图1-1所示），而直线电机可以产生直线运动，在进给系统中，实现了电机到运动台之间直接驱动，使得整个传动系统更加高效。二是定位精度高，，可以完全消除中间传动件发生变形所带来的定位误差影响，因此在数控机床、半导体加工、激光工业等要求高精度、高速、快速响应的行业已有大量应用，在这些应用场所中有取代传统旋转电机的趋势（如图1-2所示）。图1-1旋转电机驱动图1-2U型无铁芯直线电机驱动三是反应灵敏、伺服性能良好，直线电机初级与次级之间无直接接触，运动时运动部件与机架采用导轨滑块连接与旋转电机一样，初级与次级之间也存在气隙，二者之间
吉林大学硕士学位论文6图1-3潜油直线电机图1-4十字形气浮直线电机与大族电机相比同茂电机不仅生产各种类型的直线电机，还生产直线电机配套产品如霍尔传感器、运动控制产品等。图1-5是同茂公司生产的单边永磁同步直线电机，它具有推力大、加速快、输出推力平稳等特点，也采用了高效液体冷却和内置过热保护装置及齿槽力抑制技术。图1-6是同茂电机生产的圆柱音圈直线电机模组，行程一般不超过50mm,音圈电机直径是12mm，由于它能提供高推力和高加速度，峰值力范围为1N到5000N,因此占据了国内80%的市常这种音圈电机可以应用到控制阀、位置控制仪器、震荡器、吸震器等装置中。图1-5同茂平板型永磁直线电机图1-6同茂圆柱音圈直线式电机国内研究直线电机的科研院所有中科院电工研究所、中科院宁波材料研究所，中车株洲所等，国内研究直线电机高校有浙江大学、沈阳工业大学、东南大学、南京理工大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学等。沈阳工业大学在唐任远院士带领下在电机领域取得了丰硕的成果，目前该校拥有国家级永磁电机研发中心和教育部所属特种电机实验室。在直线电机领域该校成功设计与制造出国内首台永磁同步直线电机样机，各项性能参数为：（1）额定推力275N；（2）额定功率106W；（3）额定电流4.4A；（4）额定加速度8.5g；最近又试制成功了圆筒形永磁无刷直流直线电机，其各项性能参数为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机模糊PI控制器研究与仿真[J]. 史激特,葛黎新,李长红. 计算机与数字工程. 2019(10)
[2]无铁心永磁同步直线电机电磁-热-应力耦合分析[J]. 李争,岳非弘,王蕾永,刘慧贤,王群京. 微电机. 2019(04)
[3]双边水冷永磁直线电机的磁热耦合分析（英文）[J]. 陈轶,卢琴芬,沈燚明. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]表贴式永磁电机齿槽转矩削弱方法[J]. 沈斐阳,钟文哲. 中国科技信息. 2019(02)
[5]一种大推力凸极永磁直线同步电机特性分析[J]. 汪旭东,翟中飞,许孝卓,孙伟翔,师宇飞. 机电工程. 2018(10)
[6]少稀土组合励磁永磁无刷电机设计与分析[J]. 吴伟强,朱孝勇,项子旋,全力. 电机与控制应用. 2018(09)
[7]面向导弹电磁弹射的双边感应直线电动机研究[J]. 沙赵明,于存贵,王小召. 微特电机. 2018(08)
[8]高效异步电机设计综述[J]. 班东坡,李红梅,刘立文. 微电机. 2018(04)
[9]多磁极式永磁电机的故障机理与损耗分析[J]. 范辉,陈艳羚,谢卫,汤天浩. 电气自动化. 2018(02)
[10]大功率多相永磁同步直线电机设计[J]. 谢建隆,陆可,郑云广,郭冀岭. 微电机. 2018(02)
博士论文
[1]圆筒型错齿结构横向磁通永磁直线电机的研究[D]. 于斌.哈尔滨工业大学 2016
[2]混合动力汽车用横向磁通双转子电机的研究[D]. 赵全斌.哈尔滨工业大学 2016
[3]进给系统用双边磁通切换永磁直线电机研究[D]. 刘强.东南大学 2015
硕士论文
[1]无铁芯永磁同步直线电机的设计和优化分析[D]. 张家祯.河北科技大学 2018
[2]电梯用永磁同步电机的设计与优化[D]. 孙欢欢.扬州大学 2017
[3]大容量励磁补偿式双馈起动低速永磁同步电动机研究与设计[D]. 庞国俊.华中科技大学 2017
[4]磁通切换型永磁直线电机无位置传感器控制研究[D]. 张雁泽.南京航空航天大学 2017
[5]混合动力汽车用调制环内置式无刷双转子电机的研究[D]. 刘家琦.哈尔滨工业大学 2016
[6]机床用永磁同步直线电机设计与分析[D]. 曹育硕.东南大学 2016
[7]无铁芯永磁同步直线电机的研究[D]. 马振琦.东南大学 2015
[8]水冷式永磁直线电机热性能与推力研究[D]. 张新敏.浙江大学 2014
[9]永磁同步直线电机的设计及其磁阻力的优化[D]. 章达众.宁波大学 2013
[10]开关磁阻电机损耗及其温升研究[D]. 张灵霞.南京航空航天大学 2013
本文编号：2988575
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