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垂直提升用永磁直线同步电机磁阻力优化

垂直提升用永磁直线同步电机磁阻力优化

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作者：尚泽健河南理工大学

学位级别：硕士

社会经济的发展推动人口向城市集中,为提高空间密度,高层建筑拔地而起,电梯成为了不可或缺的建筑设备。永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,简称PMLSM)拥有永磁电机和直线电机结构简单、推力密度大等优点,可... 详细信息

社会经济的发展推动人口向城市集中,为提高空间密度,高层建筑拔地而起,电梯成为了不可或缺的建筑设备。永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,简称PMLSM)拥有永磁电机和直线电机结构简单、推力密度大等优点,可作为垂直提升系统优选驱动源。但永磁直线电机存在磁阻力,包括初级铁芯开槽产生的齿槽力和纵向端部开断引起的端部力,使永磁直线电机产生推力波动,严重影响系统控制性能。因此,展开磁阻力抑制研究具有重要的理论和工程实用意义。本文针对现有PMLSM存在磁阻力的普遍不足,提出优化措施,具体工作如下:介绍了PMLSM和垂直提升系统的发展现状,并对永磁电机齿槽力和直线电机端部力的国内外相关研究现状进行分析,给出课题的研究意义。阐述PMLSM的结构及工作原理,并对磁阻力的产生机理进行研究。通过能量法和傅里叶法建立PMLSM齿槽力和端部力的数学模型,分析齿槽力和端部力的影响因素。提出一种新型三段式磁性槽楔结构,用于抑制PMLSM的齿槽力。通过傅里叶和有限元法分析三段式磁性槽楔各导磁块齿槽力的抑制原理。以6s8p-PMLSM为研究对象建立有限元模型,合理优化新型槽楔结构参数,对比分析初始电机、单一磁性槽楔电机和三段式磁性槽楔电机的齿槽力、磁场、反电动势、推力及波动等电磁特性。研究表明新型槽楔显著降低电机齿槽力和推力波动,同时保证平均推力不降低,为永磁电机齿槽力抑制提供新的技术途径。最后,研制三段式磁性槽楔PMLSM样机,对其进行磁阻力测试,验证新型槽楔理论分析和有限元仿真的合理性。基于多段组合式PMLSM齿槽力抑制研究。为解决大推力、长行程的垂直提升系统中组合式电机齿槽力叠加,引起推力波动剧增的问题,提出了一种新型组合式PMLSM结构,研究齿靴对电机齿槽力和推力性能的影响,通过改变不同单元电机间的齿靴长度,使总的齿槽力叠加抵消达到降低推力波动的效果。以3s4p-PMLSM为单元,建立6s8p-PMLSM有限元分析模型,优化得到最优参数,对比分析不同组合式电机的电磁特性。最后,给出不同单元数的不等齿靴组合式PMLSM具体设计原则,并以高推力、低波动为优化目标,各单元齿靴参数为优化变量进行多目标优化。基于初级铁芯附加辅助齿的PMLSM端部力抑制研究。首先分析辅助齿抑制端部力的原理,并根据傅里叶分解对辅助齿的端部力进行解析,推导出辅助齿与PMLSM端部力相位相反的最佳位置,建立基于辅助齿的PMLSM有限元模型,依次优化辅助齿宽度和高度,得到磁阻力最小的辅助齿结构参数。图58幅,表7个,参考文献77篇。

关键词：永磁直线同步电机磁阻力磁性槽楔不等齿靴辅助齿

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