[發明專利]一種雙邊長初級永磁同步直線電機的推力優化設計方法

在審

• 申請號: 201910571485.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110309582A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 池松;顏建虎;宋同月;周怡;馮創
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H02K41/03
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

本發明公開了一種雙邊長初級永磁同步直線電機的推力優化設計方法，步驟如下：建立雙邊長初級永磁同步直線電機模型，設定電機次級永磁體長度的運動選項參數；再對運動選項參數用有限元方法建立有限元幾何模型進行求解；通過公式計算得到次級永磁體兩端邊端力的優化相位差值，調整次級永磁體長度得到對應于優化相位差值的最優次級永磁體長度得到推力波動最小的雙邊長初級永磁同步直線電機。本發明通過削弱端部效應和齒槽效應產生的磁阻力，使推力波動達到最小；方法簡單有效，計算精度高，適用于高功率密度直線電機的優化中。

技術領域

本發明涉及直線電機技術領域，特別是一種雙邊長初級永磁同步直線電機的推力優化設計方法。

背景技術

直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動的機械能的能力裝置，相比于旋轉電機，它可以不需要通過中間傳動等環節而直接提供直線驅動，有效完成直線傳動等功能，而且直線電機具有大推力、響應速度快、剛度高，在高速時能夠保證精確定位，同時還具有免維修、節能等優點。隨著科學技術的不斷發展，直線電機驅動技術成為數控機床、新一代電子設備等機電一體化產品中最先進的技術之一，它在工業、軍事、民用等領域得到廣泛的應用。雙邊長初級永磁直線同步電機優點是結構簡單，功率因數和功率高，推力密度大，電力電子變換裝置尺寸小，成本低，缺點是需要對磁場進行屏蔽，銅耗大，逆變器大功率開關器件開關頻率過高，在產生相同推力時的永磁體質量較大。

針對雙邊長初級永磁直線同步電機推力波動優化設計，已經被提出的方法有：采用初級鐵心斜槽的方式抑制齒槽力，但是由于初級鐵心斜槽會導致硅鋼片壓制工藝復雜，增加成本而且裝配復雜；另一種方法是采用磁極偏移的方式降低氣隙磁場的諧波分量的最大值，從而達到削弱齒槽力的目的，但是該方法常用于整數槽繞組電機，對分數槽繞組電機效果不明顯。

發明內容

本發明的目的在于提出一種雙邊長初級永磁同步直線電機的推力優化設計方法，針對上述現有技術的不足而提供一種簡單易行且計算精度高的優化設計方法，可高效快速減小由齒槽力引起的推力波動，使電機推力波動達到最小。

實現本發明的技術解決方案為：一種雙邊長初級永磁同步直線電機的推力優化設計方法，具體步驟如下：

步驟1、建立雙邊長初級永磁同步直線電機的實體模型，確定電機的基本機構參數，設定包括電機次級永磁體長度的運動選項參數；

步驟2、建立有限元幾何模型，對運動選項參數進行有限元求解，并根據求解后的各個運動選項參數建立有限元幾何模型；

步驟3、計算得到次級永磁體兩端邊端力的優化相位差值，調整次級永磁體長度得到對應于優化相位差值的最優次級永磁體長度，得到推力波動最小的雙邊長初級永磁同步直線電機。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

1)本發明中的雙邊長初級永磁同步直線電機的推力優化設計方法可實現電機在保持初級尺寸不變的前提下，優化了次級永磁體長度，改善了邊端效應，改變了氣隙大小以提高氣隙磁場分布正弦性，改善了繞組線圈反電動勢波形的正弦性，同時對電機的齒槽尺寸的配合進行了優化，削弱齒槽效應，從而削弱了由端部效應和齒槽效應產生的磁阻力，使推力波動達到最小，使得電機力密度增強，達到功率密度加大的效果。

2)采用計算機有限元分析方法對電機進行精確分析，求的精確解，不僅簡單有效，而且計算精度高，能有效克服電機磁路復雜導致集中參數計算不精確、以及參數之間相互耦合導致參數優化困難等問題，提高了驅動器電子器件工作壽命；可用于高速領域的工程化，有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明雙邊長初級永磁同步直線電機的推力優化設計方法的流程圖。

圖2是本發明的雙邊長初級永磁同步直線電機軸向剖面圖。

圖3是本發明的雙邊長初級永磁同步直線電機有限元幾何模型圖。