雙磁路旋轉(zhuǎn)式音圈電機的峰值參數(shù)與電磁阻尼的研究.pdf

1、音圈電機(VCA)是一種只在有限范圍內(nèi)往復(fù)運動的特種電機。與傳統(tǒng)電機相比，VCAs具有體積小、無齒槽力矩、直接驅(qū)動、高定位精度、低轉(zhuǎn)子慣量及線性控制特性等優(yōu)點，主要用于驅(qū)動輕型小慣量負載。按磁路結(jié)構(gòu)來分，音圈電機可分為單磁路VCAs和雙磁路VCAs，按運動形式來分，音圈電機又可分為直線式音圈電機（LVCA）和旋轉(zhuǎn)式音圈電機（RVCA），后者主要應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域的有限轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的精密伺服驅(qū)動系統(tǒng)。本文以雙磁路旋轉(zhuǎn)式音圈電機為主要研究對

2、象，借助有限元計算軟件Maxwell，深入分析了其峰值參數(shù)和轉(zhuǎn)子參數(shù)的關(guān)系、電磁阻尼的機理和抑制方法、電樞反應(yīng)的機理和抑制方法，并制作樣機進行了實驗研究。
　　目前關(guān)于音圈電機本體設(shè)計的文獻大多集中在電磁設(shè)計和定子參數(shù)優(yōu)化上，忽略了轉(zhuǎn)子參數(shù)對電機性能的影響。本文采用簡化磁路法推導(dǎo)了旋轉(zhuǎn)式音圈電機的峰值力矩和峰值功耗的解析表達式，并分析了導(dǎo)線直徑和線圈有效面積等參數(shù)對峰值力矩和峰值功耗的影響。根據(jù)其應(yīng)用特點，還分析了這種電機所特有的

3、安裝尺寸和環(huán)境溫度的影響，并總結(jié)了改善旋轉(zhuǎn)式音圈電機峰值轉(zhuǎn)矩特性的幾種可行措施。
　　當前國內(nèi)未見電磁阻尼效應(yīng)的相關(guān)文獻。本文分析了單、雙磁路RVCAs的電磁阻尼的產(chǎn)生機理，通過理論推導(dǎo)得到了阻尼力的解析表達式，并利用有限元方法進行了驗證。證明了單磁路RVCAs中的電磁阻尼由磁場極性不同引起；雙磁路RVCAs中的電磁阻尼由磁場層數(shù)不同或磁場邊緣效應(yīng)引起，且由磁場層數(shù)不同引起的阻尼力的幅值是由磁場邊緣效應(yīng)引起的阻尼力的幅值的30倍。

4、借助ANSYS Workbench軟件，仿真驗證了鋁合金制的轉(zhuǎn)子框架散熱性能和強度都優(yōu)于聚酰亞胺制的轉(zhuǎn)子框架。對于鋁合金制的轉(zhuǎn)子框架，橫向開口使形變量僅增大了4.24％，縱向開口使形變量增大了5倍，所以縱向開口應(yīng)該盡量避免。
　　本文還研究了RVCAs的電樞反應(yīng)問題，在磁路分析的基礎(chǔ)上提出了用于抑制雙磁路RVCAs電樞反應(yīng)的導(dǎo)磁體斷開結(jié)構(gòu)，并與傳統(tǒng)的導(dǎo)磁體開孔結(jié)構(gòu)進行對比，仿真結(jié)果證明了定子上下板斷開的結(jié)構(gòu)具有最均勻的氣隙磁密，還