混合励磁直线磁悬浮同步电动机的设计

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本文设计一台混合励磁直线磁悬浮同步电动机,作为数控机床进给驱动装置,与传统进给方式相比具有直接悬浮、零摩擦、浮动气隙大等优点,降低了平台的制造难度,提高了系统的经济性和可靠性。对高精度,高速度的数控机床加工具有非常重要的研究意义。论文主要内容如下:(1)混合励磁直线磁悬浮同步电动机的结构设计。依据直线电机的特殊结构,推导出直线电机的基本尺寸设计公式,研究确定电机的横向和纵向长度、电机定子、极槽配合、电枢绕组以及永磁体材料和尺寸的设计,总结电动机的设计步骤,并对电机的等效磁路进行计算分析。(2)提出一种新型混合励磁直线磁悬浮同步电动机的拓扑结构。通过对现有混合励磁结构的分析,搭建不同拓扑结构的混合励磁直线磁悬浮电动机,提出一种新型结构的电动机模型;并对比分析六种不同拓扑结构电动机的气隙磁场,并对气隙磁密波形的正弦度进行分析,以及对比分析六种模型的电磁推力和悬浮力,验证新型结构的优越性。(3)混合励磁直线磁悬浮同步电动机有限元分析。通过建立和研究混合励磁直线磁悬浮电动机的二维有限元模型,得到电动机在空载状态和负载状态的磁场分布,并对气隙磁密波形的谐波含量进分析;并对比研究不同永磁体厚度、气隙长度、励磁电流以及不同电枢电流对电动机电磁推力和悬浮力的影响,验证混合励磁直线磁悬浮同步电动机的合理性,为进一步分析混合励磁直线磁悬浮同步电动机打下基础。最后,搭建混合励磁直线磁悬浮同步电动机三维模型进行有限元计算,分析三维模型和二维模型异同,进一步研究电动机结构设计的合理性。(4)研究混合励磁直线磁悬浮同步电动机的数学模型及磁场耦合。推导电动机的电磁推力和悬浮力的表达式,并采用i_d=0的磁场定向控制方式,对悬浮系统和水平进给系统进行解耦控制;最后搭建混合励磁直线磁悬浮同步电动机Matlab/Simulink模型,对电动机的起动以及带载情况下耦合情况进行研究。
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