[发明专利]一种双边长初级永磁同步直线电机的推力优化设计方法

说明书

本发明公开了一种双边长初级永磁同步直线电机的推力优化设计方法，步骤如下：建立双边长初级永磁同步直线电机模型，设定电机次级永磁体长度的运动选项参数；再对运动选项参数用有限元方法建立有限元几何模型进行求解；通过公式计算得到次级永磁体两端边端力的优化相位差值，调整次级永磁体长度得到对应于优化相位差值的最优次级永磁体长度得到推力波动最小的双边长初级永磁同步直线电机。本发明通过削弱端部效应和齿槽效应产生的磁阻力，使推力波动达到最小；方法简单有效，计算精度高，适用于高功率密度直线电机的优化中。

技术领域

本发明涉及直线电机技术领域，特别是一种双边长初级永磁同步直线电机的推力优化设计方法。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能的能力装置，相比于旋转电机，它可以不需要通过中间传动等环节而直接提供直线驱动，有效完成直线传动等功能，而且直线电机具有大推力、响应速度快、刚度高，在高速时能够保证精确定位，同时还具有免维修、节能等优点。随着科学技术的不断发展，直线电机驱动技术成为数控机床、新一代电子设备等机电一体化产品中最先进的技术之一，它在工业、军事、民用等领域得到广泛的应用。双边长初级永磁直线同步电机优点是结构简单，功率因数和功率高，推力密度大，电力电子变换装置尺寸小，成本低，缺点是需要对磁场进行屏蔽，铜耗大，逆变器大功率开关器件开关频率过高，在产生相同推力时的永磁体质量较大。

针对双边长初级永磁直线同步电机推力波动优化设计，已经被提出的方法有：采用初级铁心斜槽的方式抑制齿槽力，但是由于初级铁心斜槽会导致硅钢片压制工艺复杂，增加成本而且装配复杂；另一种方法是采用磁极偏移的方式降低气隙磁场的谐波分量的最大值，从而达到削弱齿槽力的目的，但是该方法常用于整数槽绕组电机，对分数槽绕组电机效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双边长初级永磁同步直线电机的推力优化设计方法，针对上述现有技术的不足而提供一种简单易行且计算精度高的优化设计方法，可高效快速减小由齿槽力引起的推力波动，使电机推力波动达到最小。

实现本发明的技术解决方案为：一种双边长初级永磁同步直线电机的推力优化设计方法，具体步骤如下：

步骤1、建立双边长初级永磁同步直线电机的实体模型，确定电机的基本机构参数，设定包括电机次级永磁体长度的运动选项参数；

步骤2、建立有限元几何模型，对运动选项参数进行有限元求解，并根据求解后的各个运动选项参数建立有限元几何模型；

步骤3、计算得到次级永磁体两端边端力的优化相位差值，调整次级永磁体长度得到对应于优化相位差值的最优次级永磁体长度，得到推力波动最小的双边长初级永磁同步直线电机。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1)本发明中的双边长初级永磁同步直线电机的推力优化设计方法可实现电机在保持初级尺寸不变的前提下，优化了次级永磁体长度，改善了边端效应，改变了气隙大小以提高气隙磁场分布正弦性，改善了绕组线圈反电动势波形的正弦性，同时对电机的齿槽尺寸的配合进行了优化，削弱齿槽效应，从而削弱了由端部效应和齿槽效应产生的磁阻力，使推力波动达到最小，使得电机力密度增强，达到功率密度加大的效果。

2)采用计算机有限元分析方法对电机进行精确分析，求的精确解，不仅简单有效，而且计算精度高，能有效克服电机磁路复杂导致集中参数计算不精确、以及参数之间相互耦合导致参数优化困难等问题，提高了驱动器电子器件工作寿命；可用于高速领域的工程化，有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明双边长初级永磁同步直线电机的推力优化设计方法的流程图。

图2是本发明的双边长初级永磁同步直线电机轴向剖面图。

图3是本发明的双边长初级永磁同步直线电机有限元几何模型图。