動磁式永磁平面電機(jī)電磁力建模與有限元仿真研究.pdf

1、動磁式永磁平面電機(jī)是一種新型的高精密驅(qū)動電機(jī)，其依靠磁懸浮進(jìn)行支撐運(yùn)動過程的特點(diǎn)，大大簡化了導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)無摩擦、大行程、高速度的平面六自由度驅(qū)動。獨(dú)特的動磁式結(jié)構(gòu)消除了定子與動子間的電氣連接，克服了平面電機(jī)行程短及線圈散熱差等問題，特別適合真空、高速等特殊環(huán)境，具有廣闊應(yīng)用前景。本文針對此類新型動磁式平面電機(jī)進(jìn)行以下幾個方面的研究。
　　論文首先闡述了不同類型平面電機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，接著介紹了永磁平面電機(jī)的磁陣列結(jié)構(gòu)和線圈

2、陣列結(jié)構(gòu)。通過運(yùn)用電磁場理論建立了永磁陣列基本數(shù)學(xué)模型，使用諧波分析法及邊界條件等推導(dǎo)出了考慮磁塊間隙的永磁陣列磁場分布解析表達(dá)式。同時針對簡化后的線圈陣列進(jìn)行了磁場分析，得出了磁場分布解析公式并給出了線圈電感及電阻的表達(dá)式。
　　介紹了坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和磁場能量守恒原理，并在動子永磁陣列磁場解析模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用基于磁共能的虛位移法推導(dǎo)了電磁力的一般表達(dá)式。同時分析了簡化模型情況下的洛倫茲磁場力和電磁轉(zhuǎn)矩，并得出了其解析表達(dá)式。針對解析

3、法三維場中線圈拐角圓弧忽略的缺點(diǎn)，提出了一種精確積分方法，將目前通常采用的矩形簡化法提高到了全尺寸精確模型，有效提高了永磁平面電機(jī)的計(jì)算精度。
　　在系統(tǒng)分析通用電機(jī)電磁場有限元分析理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Ansoft Maxwell3D分析軟件建立了動磁式永磁平面電機(jī)的有限元分析模型，并分別分析了無鐵磁背板和有鐵磁背板情況下三維電磁場分布。運(yùn)用有限元法得出了靜磁力的大小，仿真結(jié)果與解析法結(jié)果對比驗(yàn)證了解析法理論分析的正確性。同時針對氣