本文關(guān)鍵詞：無槽圓筒型永磁直線電機(jī)的推力特性研究

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【摘要】：無槽結(jié)構(gòu)圓筒永磁直線電機(jī)(Permanent Magnet Linear Motor,PMLM)不含齒槽結(jié)構(gòu),且其橫向鐵芯不開斷,所以此類結(jié)構(gòu)電機(jī)只存在縱向邊端效應(yīng),同時(shí)由電機(jī)等效氣隙大使得初級(jí)的電樞反應(yīng)較小,因此無槽圓筒PMLM以其運(yùn)行平穩(wěn)且推力變化范圍大的特點(diǎn)在直驅(qū)場(chǎng)合越來越得到廣泛的應(yīng)用。提升電機(jī)推力一直是直線電機(jī)研究背景下的重點(diǎn),同時(shí)分析直線電機(jī)端部效應(yīng)對(duì)電機(jī)推力的影響對(duì)提高電機(jī)精度及性能具有重要意義。本文以無槽圓筒PMLM為分析對(duì)象,分別從增加電機(jī)輸出推力以及抑制電機(jī)推力波動(dòng)兩個(gè)方面開展此類電機(jī)的推力特性研究。針對(duì)無槽電機(jī)漏磁較大而導(dǎo)致電機(jī)磁負(fù)荷較低的問題,以此為基礎(chǔ)開展凸型磁極電機(jī)磁場(chǎng)規(guī)律解析分析及其尺寸優(yōu)化,從增加電機(jī)磁負(fù)荷方面對(duì)提高電機(jī)推力進(jìn)行研究。采用熱路法對(duì)電機(jī)虛槽內(nèi)繞組的發(fā)熱規(guī)律進(jìn)行分析并對(duì)繞組進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化,從增加電機(jī)承受熱負(fù)荷能力并提高電機(jī)峰值推力進(jìn)行優(yōu)化分析。針對(duì)無槽圓筒PMLM的邊端效應(yīng),對(duì)電機(jī)邊端磁場(chǎng)進(jìn)行分析及優(yōu)化,以降低電機(jī)推力波動(dòng)。本文首先分析了無槽電機(jī)與有槽電機(jī)相比其磁路的特殊性,采用磁路法與有限元相結(jié)合確定了電機(jī)的主要尺寸,分別從磁極厚度和氣隙長(zhǎng)度對(duì)氣隙磁密的影響,初級(jí)繞組厚度和初級(jí)鐵芯厚度對(duì)電機(jī)推力的影響幾個(gè)方面進(jìn)行了研究,對(duì)電機(jī)電磁負(fù)荷分配規(guī)律進(jìn)行分析并完成了尺寸初步優(yōu)化。其次采用磁矢位邊界法對(duì)凸型磁極的磁場(chǎng)規(guī)律進(jìn)行解析計(jì)算,以磁場(chǎng)解析結(jié)果為基礎(chǔ)分析了凸型磁極尺寸對(duì)漏磁系數(shù)及推力的影響規(guī)律,通過對(duì)比分析了凸型磁極與傳統(tǒng)矩型磁極相比在增加電機(jī)磁負(fù)荷提升推力方面的效果。通過對(duì)無槽圓筒PMLM樣機(jī)研制,進(jìn)行了空載反電勢(shì)測(cè)試以及靜推力測(cè)試,驗(yàn)證了對(duì)凸型磁極提升推力所做分析的正確性。再次采用熱路法推導(dǎo)虛槽繞組的熱阻分布,通過分析繞組內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)槽內(nèi)熱阻的變化規(guī)律,比較優(yōu)化前后電機(jī)溫升變化,并仿真驗(yàn)證了其在增加電機(jī)熱負(fù)荷能力并增加峰值推力的效果。此外分析了凸型磁極在抑制漏磁提高電機(jī)磁負(fù)荷并降低電機(jī)電負(fù)荷方面的效果。通過溫升實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所做分析的正確性。最后對(duì)電機(jī)初級(jí)鐵芯邊端磁場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行了分析,研究了隨初級(jí)鐵芯運(yùn)動(dòng)時(shí)的磁場(chǎng)變化規(guī)律,以此為基礎(chǔ)獲得了邊端推力的變化規(guī)律,并采用初級(jí)鐵芯長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)姆绞浇档碗姍C(jī)的推力波動(dòng),然后對(duì)圓筒PMLM鋸齒邊端對(duì)電機(jī)推力的影響進(jìn)行了分析。通過對(duì)樣機(jī)進(jìn)行空載定位力實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了初級(jí)鐵芯長(zhǎng)度補(bǔ)償方式在抑制端部效應(yīng)并抑制推力波動(dòng)的有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM359.4
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本文編號(hào)：1203933