動磁式永磁平面電機電磁力建模與有限元仿真研究.pdf

1、動磁式永磁平面電機是一種新型的高精密驅(qū)動電機，其依靠磁懸浮進行支撐運動過程的特點，大大簡化了導軌結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)無摩擦、大行程、高速度的平面六自由度驅(qū)動。獨特的動磁式結(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進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的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，接著介紹了永磁平面電機的磁陣列結(jié)構(gòu)和線圈

2、陣列結(jié)構(gòu)。通過運用電磁場理論建立了永磁陣列基本數(shù)學模型，使用諧波分析法及邊界條件等推導出了考慮磁塊間隙的永磁陣列磁場分布解析表達式。同時針對簡化后的線圈陣列進行了磁場分析，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式。
　　介紹了坐標系轉(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)上運用基于磁共能的虛位移法推導了電磁力的一般表達式。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式。針對解析

3、法三維場中線圈拐角圓弧忽略的缺點，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的計算精度。
　　在系統(tǒng)分析通用電機電磁場有限元分析理論的基礎(chǔ)上，運用Ansoft Maxwell3D分析軟件建立了動磁式永磁平面電機的有限元分析模型，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)果對比驗證了解析法理論分析的正確性。同時針對氣