基于等效磁网络法的永磁直线电机优化设计

作     者：石昊天 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李斌;魏然

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：永磁直线电机 等效磁网络法 附加磁极 定位力 

摘      要：直线电机是一种特殊类型的电机,可以直接进行电能向机械能的转换,由于其结构简单,效率高被越来越多的应用在数控机床、半导体加工等领域中。直线电机的定位力波动相当于传统旋转电机的转矩波动,是影响其工作性能的一个主要因素。因此对它的研究是直线电机研究的主要课题之一。等效磁路法和有限元法这两种方法是研究永磁直线电机推力的常见方法,然而它们存在各自的缺陷。对于有限法来讲,当直线电机的运动状态发生改变的时,需要再次更新电机的求解区域,因此在对电机进行分析的时候有限元更为消耗资源;对于等效磁路法,由于很难精确分析电机内部的磁通分布以及存在漏磁通的问题,使得求解精度受到一定程度的影响。针对上述问题,本论文研究了一种新型永磁直线电机,采用等效磁网络法分析了永磁球形电机气隙磁场。建立了一台8极9槽半开口槽设计的永磁直线电机二维等效磁网络模型,从而推导出每个单元的磁阻以及磁动势的表达方程,同时还通过平均磁能法求解出气隙磁密度在空间中的分布情况。在此基础上提出一种附加磁极一体式永磁直线电机,该电机具有端部定位力小以及加工制造简单等特点。通过侧向力方法对电机的端部定位力进行解析,推导出使电机端部定位力达到极小值时的附加磁极位置和附加磁极宽度的表达式。建立了具有附加磁极结构的8极9槽永磁同步直线电机的有限元模型并分析其最优位置参数,经比较发现有限元仿真结果与解析结果基本一致,因此验证了理论分析的正确性。