一种平板型混合式直线步进电机的相关参数的研究.pdfVIP

2010年全国直线电机、现代驱动及系统学术年会论文集 一种平板型混合式直线步进电机的相关参数研究 吴克元，刘晓，叶云岳 10027) (浙江大学电气工程学院，浙江杭州3 摘要：通过有限元法对一种平板型结构的混合式直线步进电机进行优化分析。用有限元方法研究一定体积下直线步进 电机的线圈电流与永磁体大小的配合与优化，以及气隙距离对电机的推力影响，并分析了气隙不均匀时的水平推力变化。 得到了适合电机经济运行的线圈电流1．8A及对应的永磁体长度4．5舢，相应最大推力为17．4N：分析表明气隙值应尽 量取小，同时气隙的不均匀分布会引起更大的推力波动。研究结果可为直线步进电机优化设计与运行分析提供参考依据。 关键词：混合式直线步进电机；永磁体；气隙；优化分析 1简介 节能减排的任务要求电气工作者对电机的设计运行进行优化从而提高材料的使用效率，增大电机的 推力密度，使电机经济运行。目前常见的两相混合式直线步进电机(HLSM)中，电机内永磁体基本是 采用磁通方向垂赢于运动方向的安放方式，此时需要较多的永磁体才能使其磁通覆盖到各个极臂；单个 通电绕组控制的磁通一般也不超过两个极臂。而驱动电机微型化的发展趋势要求直线步进电机体积小、 推力大、结构简单；其中图l模型与文献【1】中的模型都具有模块化结构特征，但是文献【l】电机的绕线 难度和槽满率呈正相关而相互制约，而降低槽满率会导致动子体积增大；因此本文采用如图l所示的电 机结构来减少永磁体体积、增大通电线圈的磁通控制范围。 电机的经济运行要求电机工作在合适的磁饱和点，故而需要对电机的激磁参数进行优化分析。而单 板型结构HLSM的气隙参数对电机的推力影响很大，单边型结构的法向力与安装误差等因素又可能引 起气隙的变动，所以有必要对气隙参数进行具体分析。为了尽量抑制单边法向力，在参数分析中我们同 时关注法向吸引力和水平推力的变化。 2平板型混合式直线步进电机的结构及其推力方程 图1所示为本文研究的混合式直线步进电 l m 机的拓扑结构，动子为两相八极结构，每极下 ．_ ．- -一 有四个小齿，A、B两相结构完全相同，由外围 。园。_一 s圆s，圆e L]厂J {呷· L1厂J 固件连接一起使其空间距离固定。每相只有一 —h —Lm，。、nJ L～ U．一Lm1ruln』Ut九，U1几，u1nJln，U1n』U、九，u1 t九，u1几，U、九几 个绕组，但通电时该绕组可调控该相四个极臂 11 fY ．， 【 中的磁通：永磁体放置在两极臂之间，并通过 绕组来加固与两侧铁磁材料的连接。 图l平板型混合式直线步迸电机结构图 由于电机的推力特性是由结构特性相同、 卜8．动子极臂9．永磁体10．动子11．定子 相位相差90。的两相叠加而成，通常是由单相 的研究得到整机的推力特性。每极下气隙磁导用正弦近似为【2】： 五(x)=五+五cos皖． 第95页／共302页 2010年全国直线电机、现代驱动及系统学术年会论文集 芯鳃％专+要h篇，瓯。=暑·n警． 基于磁路