永磁直线同步电机设计分析

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1、上海交通大学硕士学位论文curveandback-EMFcurve,astheresultsshow,newmotorgivesmoresmooththrust,whichprovessuperiorityofthenewmethod.Keywords:PermanentMagnetLinearSynchronousMotor,UnitMotor,FiniteElementMethod,MagNetV上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的

2、指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：聂永峰日期：2009年1月15日上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本

3、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。√（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：聂永峰指导教师签名：王建辉日期：2009年1月15日日期：2009年1月15日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题的目的和意义在传统的直线驱动场合，都是由旋转电机提供原动力，再由丝杠、齿条等中间机构转换为直线运动。这样的设置，不仅在中间传动过程中消耗了大量的能量，而且摩擦产生的噪声也非常明

4、显，同时也给系统的维护工作带来了麻烦。针对这样的问题，越来越多的生产厂商在机床、数控车床或加工中心等产品中采用直线电机。这也在一定程度上促使了直线电机本体设计和其控制驱动系统技术的发展。与旋转电机类似，直线电机也有很多类型，对机床这样的场合，一般选择直线感应电机或直线同步电机，而后者又以更高的控制精度、更大的单位面积推力在竞争中处于优势。尤其是由永磁体提供励磁的直线同步电机，借助材料技术的高速发展，逐渐在直线电机的各种类型中脱颖而出，成为机床动力提供的主力军。与电励磁直线电机相比，永磁直线电机，特别

5、是稀土永磁电机，具有如下优点：（1）明显的节能效果。效率表示电动机运行时有功功率的利用率，而功率因数则表示电动机运行时无功功率的利用率，效率和功率因数的乘积综合反应了电动机在能量转换过程中的电能利用的有效性，是衡量电动机能力水平高低的重要指标。永磁直线同步电机（PermanentMagnetLinearSynchronousMotor）使用了永磁体取代电励磁，且无励磁损耗。因此，永磁直线同步电机的效率要比电励磁直线同步电机高，而且它们无需从电网中吸取滞后的励磁电流，从而极大地提高了电动机的综合效率。

6、（2）稀土永磁NdFeB磁钢具有很高的磁能积，它的剩磁感应强度、矫顽力都比较大，用较少的永磁磁钢就能产生足够的磁能积，因此直线电机定子部分体积、尺寸可以大为减小，成为高效率、高密度电机。[1][16]（3）定子上无电励磁装置，可以大大简化结构，提高电机运行的可靠性。总之，永磁直线同步电机具有结构简单、体积小、质量轻、损耗小、效率高、电机形状和尺寸可以灵活等显著优点，在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用。同时我国稀土资源丰富，稀土不稀，稀土矿石的产量为世界其他各国总和的4倍，号称稀土王

7、国。目前我国稀土矿石和稀土永磁的产量都居世界前列，但稀土永磁产量的三分之二用于出口，在国内销售的三分之一用于电机的比例也非常低，1上海交通大学硕士学位论文而高性能稀土永磁电机却随着计算机、飞机、数控机床等产品大量进口。因此充分发挥我国稀土资源优势，大力研究和推广永磁直线电机，实现节能降耗，提高经济效益具有重要的现实意义。由于永磁直线同步电机具有高效节能等一系列优点，对永磁电机的开发和研究成为世界上各国电机电器相关产业以及科研院所、高校的研究热点。永磁直线同步电机存在永磁体，其形状和放置的位置多种多样

8、，磁路结构复杂，所以永磁电机的分析计算要比普通电机复杂。准确计算永磁直线同步电机参数和性能的重要前提是获得正确的磁场分布，用电磁场分析取代传统的磁路计算正是实现这一目标的有效手段。有限元法是目前电气工程中解决电磁场问题的强有力手段，在工程中的广泛应用确立了它在电磁分布的边值问题求解领域的绝对优势地位。但目前，永磁直线同步电机的设计仍缺乏系统的方案，常用的还是基于传统的旋转电机设计方法。通过对实际电机的软件模拟，我们发现这样的设计思想的表现并不能令人满意，比如造成了动子