小型永磁直流直线电动机的设计

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1、第22卷第4期吉林工学院学报Vol.22No.42001年12月JOURNALOFJILININSTITUTEOFTECHNOLOGYDec.2001!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：1006-293（92001）04-0058-04小型永磁直流直线电动机的设计!王志（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130021）摘要：以电机内部磁场网络划分理论为基础，分析了典型直流直线电机磁通密度分布。以场的分析理论为指

2、导，对一种小型永磁磁钢直流直线电机进行了设计计算。列出了这种小型永磁磁钢直流直线电机的详细计算公式，对设计结果进行了实际参数测试。关键词：磁场网络；永磁直线电机中图分类号：TM359.4文献标识码：A磁通，该磁通扩展到磁极端部以外，并通过周围的0引言自由空间闭合，这部分磁通称为端部漏磁通。它随着精密跟踪技术的发展，迫切需要一种适与电机电枢的直径和磁通扩展到磁极端部以外的应于小框架、低惯量、小范围运动转角（120"）运尺寸及参数有关。动系统的驱动元件。原因在于大力矩低转速的电机由于极数多、直径大、电刷多，产生的摩擦力矩和

3、惯量大，使控制系统成为严重的非线性，很难实施精密跟踪。因此，需要设计一种能作有限位移，只有线圈，没有铁芯和整流子的直流直线电机。1直流直线电机的结构和运动原理1.1直流直线电动机的结构直流直线电动机的结构是能够让处于磁场中的电枢载流导体产生输出推力和位移。一般的直流直线电机，实质上与旋转的单级电机一样，在用低碳钢做圆柱铁芯的外表面，绕上单层绕组，以形成电枢。它是由两个匝数一样，而绕向相反的线圈组成，整个绕组经浸漆处理，得到一个无电刷图1励磁回路示意图（无换向器）的电机结构，产生磁场的部件是由低1.3电机内部磁通密度的分

4、布磁钢外壳和两个端板，并在其中放上圆柱形激磁对于圆柱型的直线电机，可采用圆柱坐标进绕组组成，电枢插入磁场的内孔。当激磁绕组有行二维场的分析，利用有限差分近似法对其进行电流时，在电枢铁芯里产生了主磁通，它通过气数值解。将需要求解的磁场分布区域用垂直与水隙、极靴、端板以及外壳构成了回路，如图1所示。平网格线细分，使网络线和各种几何边界互相一气隙磁通的径向分量与电枢电流相互作用，在每致。倾斜的极靴是用阶梯网状格来作近似的考个极上产生了单方向的轴向力。虑，电流密度和磁阻率的图形是通过确定该场内1.2端漏磁通各点的电流密度和磁阻

5、率的数值后而作出的。每当磁场绕组被激磁时，在电枢内建立了轴向个节点上的质量磁位都能计算出来。图2是格距!收稿日期：2001-07-06作者简介：王志（1963），男，吉林长春人，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所工程师，主要从事精密仪器设计及光学仪器工程项目的研制工作.第4期王志：小型永磁直流直线电动机的设计59不等的普通网络，它包括电流密度和磁阻率不同不在边界上的每一结点的矢量磁位可由式的四个区域，图中实线表示边界。（3）算出，因为电流密度和磁阻率是已知的，故对每结点来说，可以计算出JO和rO，rl，⋯，r4的数

6、值，并把它们代入式（3），利用迭代方法，连续修正矢量磁位。直至式（3）在各结点满足所允许的准确度为止。利用黎曼外推方法，能很快得到收敛；利用此种方法，可算出双极电机在电枢激磁的电枢表面径向磁通密度的分布。图2电机内部磁通密度网络计算图用静态场的安培定律表示为：J（Ohl+h3）（h2+h4）!H!I=（l）4图3两极电机的下半部网络OPOR和STUV其中：!I为磁路路径增量；JO为O点电流密度。得到磁场分布后，再把沿电枢长度方向上各它可以表示为：个力的增量都加起来，就可得出电机所产生的推Jlhlh4+J2hlh2+J3

7、h2h3+J4h3h（42）力：JO=（hl+h3）（h2+h4）I-l将所有四个区域的积分代入式（2），则在O点矢量Ft=!!Fmm=O磁位可由AO表示为：其中：!Fm是电枢表面在相邻网格线m和m+lA=l（J+A+A+A+A）（3）之间的增量，I是表示右边界的最后网格线。OrOl!l2!23!34!4O除推力外，电机还产生一种不应有的磁拉力其中：（在电枢和磁场铁芯之间）。细心调整电枢和磁场1lh412h221Ohl12hl!l=D[++）-）]的同心度，可将此力减小到忽略不计的数值。hlhl（22!+h4（22!-

8、h212hl13h312hl13h3!直流直线电机的结构形式及设计计算!2=D[+--]h2h22!-h22!-h2!"#直线电机的结构形式14h314h414h313h3!3=D[++）-）]对能在工程实际中应用的电机进行设计，由h4h3（22!+h4（22!-h2于受到空间结构尺寸、电机转子惯量及诸多因素13h21lhl14h