无铁芯永磁同步直线电机的设计和优化分析

发布时间：2020-05-15 20:01

【摘要】：传统的铁芯式直线电机由于铁芯开断的影响,造成了横向和纵向边端效应,使推力输出波动较大;无铁芯永磁同步直线电机具有零齿槽效应的优点,结构简单,控制灵活,在精密机床加工等领域有广泛地应用。本文以无铁芯永磁同步直线电机为研究对象,对该电机的结构和工作原理进行了研究,并给出了其电磁模型和推力模型,对电机的结构参数进行了优化。本文的主要工作具体包括以下几个方面:1)首先对直线电机的基本结构和工作原理做了一定的介绍,简要分析了国内外无铁芯永磁同步直线电机的发展;2)介绍了无铁芯永磁同步直线电机的结构,应用解析法和有限元两种方法对电机进行电磁建模。采用两种解析法求解无铁芯永磁同步直线电机气隙磁场的问题,即等效磁势法和等效磁化电流法。将结果与有限元分析结果进行比较,验证解析法磁场解析计算的准确性。推导出电机气隙磁密的解析表达式,详细分析了电机主要尺寸对气隙磁密的影响;3)介绍了无铁芯绕组的结构和特点,根据所得气隙磁密表达式和绕组结构进一步推导出电机推力的解析式。根据电机推力解析表达式,详细分析了电机主要尺寸对推力的影响;4)将响应面法引入到无铁芯永磁同步直线电机推力的优化过程中。应用田口(Taguchi)算法筛选出对电机推力影响大的结构参数;并基于中心复合设计(CCD)的方法构造出样本点组,通过小规模试验分别得到了该电机的推力的响应面数值模型;5)对建立的响应面模型进行方差分析,以验证响应值与自变量之间的线性关系。基于前期的优化设计,设计制作出无铁芯永磁同步直线电机样机,并通过样机实验验证建立的响应面模型的可靠性。通过改变电机参数,进行了优化设计,为同类电机的设计与分析提供了参考。
【图文】：

12kkmshδ= ) ( )( )01, {221} sin22k k m kkkk m k k y M sh m h sh m ymchsh m h ch m y mmshδμδδδ∞= = + + 同步直线电机有限元法磁场建模件里对无铁芯永磁同步直线建立仿真模型，设磁体宽 13mmmτ =；永磁体高 5mmmh =；气隙分析，得到电机气隙磁场磁力线分布图和磁通

22k m k kmshδ 同步直线电机有限元法磁场建模件里对无铁芯永磁同步直线建立仿真模型，设磁体宽 13mmmτ =；永磁体高 5mmmh =；气隙分析，，得到电机气隙磁场磁力线分布图和磁图 2-6 气隙磁场磁力线分布图
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM359.4

【参考文献】

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本文编号：2665563