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永磁直线电机负载运行法向力波动分析与优化设计

作　者: 曹景全
导　师: 夏加宽
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁直线同步电机法向力波动改变永磁体形状测量方法
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

永磁直线电机（PMLSM）具有推力密度大、损耗低、电气时间常数小、响应速度快等特点，并可实现系统的“零传动”，越来越广泛地应用于高精度数控机床的进给系统。但由于其磁路的开断、齿槽结构和磁动势谐波的存在，带来了推力波动和法向力波动。永磁直线电机的法向力波动问题还未引起学者的广泛注意，法向力的波动会引起的工作台的振动和摩擦摄动，可见，永磁直线电机的法向力波动会影响精密机床的加工精度，制约了我国高精度数控机床的发展，本文针对永磁直线的法向力波动问题进行了如下研究。首先，分析了引起永磁直线电机法向力波动的主要因素。从气隙磁场角度，采用麦克斯韦张量法(Maxwell Stress Tensor)推导PMLSM推力波动和法向力波动的解析式；并深入分析各次磁动势谐波及磁导谐波对法向力波动的影响。其次，通过改变磁极形状和极弧系数的方法减小法向力波动的幅值。根据推力基本不变、法向力波动最小的原则，借助Ansoft有限元软件工具，采用有限枚举法得出磁极优化尺寸；采用动子开辅助槽的方法进一步减小法向力波动，并采用Ansoft有限元软件对方案进行仿真对比分析，仿真结果验证了优化方案的有效性。最后，研究了永磁直线电机法向力的测量方法。测量了一台11极12槽的永磁直线电机的法向力，实验结构与仿真结果基本一致，验证了测量方法和法向力分析方法的正确性。本文提出的法向力分析方法和优化方法对高精机床用PMLSM的电机设计具有一定的理论指导意义和实用价值，有助于提高我国高精度数控技术的发展。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题来源和背景  9-10
  1.2 课题研究意义  10-12
  1.3 国内外发展现状  12-15
    1.3.1 直线电机发展现状  12-13
    1.3.2 PMLSM 法向力波动问题研究现状  13-15
  1.4 论文的主要研究内容  15-16
第二章 PMLSM 法向力分析  16-28
  2.1 PMLSM 结构与基本原理  16-19
  2.2 PMLSM 电磁力的解析分析  19-26
    2.2.1 PMLSM 磁场分析  19-22
    2.2.2 PMLSM 推力与法向力的分析与计算  22
    2.2.3 影响 PMLSM 法向力波动的主要因素  22-26
  2.3 本章小结  26-28
第三章 PMLSM 减小法向力波动的优化设计  28-41
  3.1 永磁体形状的优化设计  28-32
  3.2 优化极弧系数削弱 PMLSM 法向力波动  32-34
  3.3 开口槽与半闭口槽对 PMLSM 法向力波动的影响分析  34-35
  3.4 开辅助槽方法削弱 PMLSM 法向力波动  35-38
  3.5 综合优化方案  38-40
  3.6 本章小结  40-41
第四章 PMLSM 法向力的测量方法研究  41-47
  4.1 PMLSM 法向力测量仪器的介绍  41
  4.2 PMLSM 法向力的测量过程及结果对比分析  41-46
  4.3 本章小结  46-47
第五章结论  47-48
参考文献  48-51
在学研究成果  51-52
致谢  52

永磁直线电机负载运行法向力波动分析与优化设计

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