新型永磁弧形电机的研究

【摘要】目前,公知的常规电机有连续旋转运动的各类交、直流电机,断续旋转运动的步进、伺服电动机,以及直线运动的直线电机。但是,在实际应用中,也存在很多仅需要在某一特定的角度范围内绕轴心线往复摆动,不必360。驱动负载旋转的场合,为此,本文针对常规电机在某一特定的角度范围内绕轴心线往复运动应用的不足,开发一种新型永磁弧形电机,能够直接驱动负载在有限角度范围内往复运动,而不需要通过旋转电机与其他传动机构相结合的方式来实现,具有结构简单、工作可靠、效率高等特点。本文设计出两款永磁弧形电机,一种是永磁弧形导轨电机。另一种是基于它设计原理,将半圆弧形导轨变成圆形导轨的永磁可变角度弧形摆动电机。永磁弧形电机将机械技术、微电子技术和电磁技术相结合,实现机电一体化的闭环控制,不需要机械传动机构,直接驱动被控对象。同时采用无刷结构,不仅避免了有刷电机的致命弱点,又远比电子换向的无刷电机简单。首先,对永磁弧形电机的创新性与技术进步性进行了阐述,并分别对永磁弧形导轨电机与永磁可变角度弧形摆动电机主要结构、特点以及工作原理进行了较为详细的阐述。然后,对电磁场的有限元相关理论进行了讨论,对本文所用的电磁场仿真分析软件,Ansoft/Maxwell电磁场仿真分析软件进行了应用介绍。重点针对本文所设计的永磁弧形电机永磁体的不同充磁方式以及通电线圈的不同通电方案,采用Ansoft/Maxwell电磁场仿真分析软件进行电磁场仿真。主要分析了二维静磁场、二维静磁场参数化、三维静磁场参数化以及三维瞬态磁场仿真分析研究。对比不同的永磁体充磁方式和线圈不同通电方式,得出永磁体的最优化充磁方式与通电线圈最优化的通电方案,从而使永磁弧形电机产生最大的电磁力以及最优的动态响应性能。最后,对永磁弧形电机进行力学数学建模,采用Matlab分析软件对建好的的数学模型进行永磁弧形电机电磁力计算。同时建立电压平衡方程与力平衡方程,采用拉普拉斯变换,建立永磁弧形电机的控制方框图,同样使用Matlab分析软件对永磁弧形电机的时域与频域进行响应分析。最后得出本文所设计的永磁弧形电机响应较快,稳定性较好。
【作者】王昆；
【导师】刘强；
【作者基本信息】广东工业大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】弧形电机；永磁体；磁化；电磁场；有限元分析；

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