旋转直线永磁电动机有限元仿真.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程2010年第1期旋转直线永磁电动机有限元仿真李滨城1，卢蓉芝1，陈立2(1江苏科技大学机械工程学院，镇江212003；2开姆尼茨工业大学电气工程学院，开姆尼茨09126)摘要：设计一种可以同时实现旋转运动和直线运动的新型两自由度永磁电动机，给出轴向绕组和径向绕组的分布示意图，描述旋转磁场的形成和直线(轴向)运动原理。具体介绍设计中所使用的永磁材料和铁心材料。使用ANSYS建立电动机的有限元模型，给出有限元基本参数，具体描述前处理、材料定义、网格划分和边界条件的设定。仿真结果

2、表明，这种两自由度永磁电动机的设计是可行的。关键词：旋转直线电动机；永磁电动机；两自由度；有限元模型中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1671—3133(2010)ol---0123---05Thefiniteelementsimulationofrotary．1inearpermanentmotorLIBin—chen91，LURong．zhil．CHENb2(1SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTechnol

3、ogy，Zhenjiang212003，Jiangsu，China；2Dept．ofElectricalMachineandDrive，ChemnitzUniversityofTechnology，Chemnitz09126，Germany)Abstract：Anoveltwo—degree—of-freedompermanentmoorwasdesigned．Thiskindofmotorcanproviderotarymotionandlinearmotionsimultaneously．Describes

4、theprincipleoflinearmotionandrotarymotiondistributionschematicsofaxialwindingsandm-dialwindingsaregiven．Permanentmagnetmaterialandironcorematerialareintroducedspecifically．MakesfiniteelementmodelwithANSYSandgivesbasicparameters．Besides，describespreprocessing

5、，materialdefinition，meshingandsettingsofboundaryconditions．Thedesignoftwo-degree-of-freedompermanentmotorisprovedbythesimulationresults．Keywords：rotary—linearelectromotor；permanentmagnetmotor；two—degree-of-freedom；FEM电动机是机械产品的重要组成部分。随着机床、机器人和机器手等的发展，需要研制带有多维

6、自由度的、可编程的和可控的高速执行机构。在大多数情况下，多自由度运动是通过机械性地组合旋转运动和线性运动单元来实现的。显然，混合有电动机和机械结构的执行元件虽然可以实现多自由度运动，但存在一些问题：摩擦、磨损和变形比较严重；旋转运动和直线运动是耦合的，不能独立控制；这种执行机构的精度受机械加工的限制。基于上述问题，国外的学者在传统电动机理论基础上，开创性地发展了旋转直线电动机。1987年，波兰的MendrelaEA和GierzakE提出一种旋转直线电动机uJ：电动机只有一个定子，定子中除了有一个径向三相绕组外还

7、有一个轴向三相绕组，转子是带有铜导体表面的圆柱体，其缺点是异步力与转矩特性复杂，绕组结构复杂，损耗大且效率不高。1988年，美国的RabieeM和CatheyJ提出另一种旋转直线电动机旧1：电动机由两个定子组成，每个定子中有一个螺旋型三相绕组，转子是带有铜导体表面的圆柱体，其缺点是需要两个定子，异步力与转矩特性难以掌握，绕组结构复杂，损耗大，效率低。此外，SorberJ在文献[3]中、JeonWJ等在文献[4]中也提出了不同的旋转直线电动机理论。据了解，亚琛工业大学已经研制出乎面两自由度电动机的样机。国内对旋转

8、直线电动机的研究几乎是空白，文献[5]提出一种旋转直线混合型异步电动机的构想，该电动机的定子上装有两套绕组，公用一个实心钢动子(转子)。本文针对白行设计的一种新型多自由度永磁电动机怕J，描述其基本结构和运行原理，分析其运动机理，给出径向绕组和轴向绕组的情况，给出部分仿真参数。最后使用ANSYS建立旋转直线永磁电动机的三维有限元模型，对其进行仿真。仿真结果证明了设计的可行性。】23现代制