动圈式水磁直线振动电机的研究
|
摘要
随着直线运动领域的增多，直线电机的需求不断增加。动圈式永磁直线振动电机越来越多的广泛应用在飞机、航天器、汽车、计算机硬盘、医疗器械、空气压缩机等部件内。作为直线运动的伺服执行机构或动力源，国内外都大力开发研制直线振动电机。除了样机本身的特点外，本文对动圈式直线振动样机进行了具体研究：
(1)使用电磁场分析软件Ansys对几种不同类型的直线振动电机的空载磁场和静特性进行分析比较；
(2)介绍了振动电机的结构和有关设计的问题，利用美国Ansoft公司的电磁分析Maxwell 2D对动圈式直线永磁振动样机的静特性进行分析，分析了磁场分布和静推力特性。
(3)动态仿真：用Ansoft软件和Mathcad数学分析软件对动圈式电机进行动态分析，搭建实验台和实验电路，具体分析了电压恒定时，频率变化对电机动态特性的影响，得出了频率单行程曲线。
Moving Coil Linear Permanent Magnet Oscillatory Actuator (alias 'MCLPMOA' ) is widely applied in aeroplane , spaceflight apparatuses,automobile,computer HD,medical treatment machines ,air compressor more and more. As the servo system or driving source of the linear motion. Besides the characteristic of the motor style, The subject of this thesis is to study on MCLPMOA and the major works in this thesis are summarized as follows:
1) Several basic types of Linear Oscillatory Actuator(LOA) as well as their basic configuration and performance principle are introduced.
Analysis of the static characteristic of each type of LOA: moving coil LOA, moving core LOA, moving magnet LOA by Finite Element Method, besides applied situations of each style.
2) Introduction of motor structure and some question on design. Determination of the static thrust characteristics of MCLPMOA by software MAXWELL 2D of Ansoft.
3 ) Realization of dynamic simulation of MCLPMOA by Ansoft software Transient, Mathcad and experiments. Introduction detailed of the frequence changes effect on dynamic characteristic , obtained of stroke vs.frequence curve.
(1)使用电磁场分析软件Ansys对几种不同类型的直线振动电机的空载磁场和静特性进行分析比较；
(2)介绍了振动电机的结构和有关设计的问题，利用美国Ansoft公司的电磁分析Maxwell 2D对动圈式直线永磁振动样机的静特性进行分析，分析了磁场分布和静推力特性。
(3)动态仿真：用Ansoft软件和Mathcad数学分析软件对动圈式电机进行动态分析，搭建实验台和实验电路，具体分析了电压恒定时，频率变化对电机动态特性的影响，得出了频率单行程曲线。
Moving Coil Linear Permanent Magnet Oscillatory Actuator (alias 'MCLPMOA' ) is widely applied in aeroplane , spaceflight apparatuses,automobile,computer HD,medical treatment machines ,air compressor more and more. As the servo system or driving source of the linear motion. Besides the characteristic of the motor style, The subject of this thesis is to study on MCLPMOA and the major works in this thesis are summarized as follows:
1) Several basic types of Linear Oscillatory Actuator(LOA) as well as their basic configuration and performance principle are introduced.
Analysis of the static characteristic of each type of LOA: moving coil LOA, moving core LOA, moving magnet LOA by Finite Element Method, besides applied situations of each style.
2) Introduction of motor structure and some question on design. Determination of the static thrust characteristics of MCLPMOA by software MAXWELL 2D of Ansoft.
3 ) Realization of dynamic simulation of MCLPMOA by Ansoft software Transient, Mathcad and experiments. Introduction detailed of the frequence changes effect on dynamic characteristic , obtained of stroke vs.frequence curve.
引文
1．稀土永磁电机研究现状与发展 国防科技大学 高勋章 罗飞路 《中小型电机》》 1998，25(1)
2．电磁型微电机的发展趋势及我们的对策 张琛 上海交通大学信息存储研究中心
3．径向磁化永磁磁路设计研究 张阜文 电子科技大学 高能所
4．工业用直线电机 山田一著 新时代出版社 189-190
5．现代永磁电机理论与设计 唐任远 等著 机械工业出版社 1997 前言
6．1000kV级变压器主绝缘样机结构分析 罗青林 沈阳变压器有限责任公司 第38卷第2期 2001年2月
7．二维电磁场的有限元计算 大连理工大学 陈宇红 工程力学
8．数值模拟技术及其在Ansys上的实践 西北工业大学出版社 王国强 主编 1999 年8月 序
9．专用稀土永磁同步发电机及其DC-DC稳压系统的研究 王海峰 西北工业大学
10. Study On Field Analysis Of Linear Electromagnetic Actuators XiongGuangYu Dr. Thesis Shinshu University Sep. 14.1997 70-75
11．永磁式直线同步电机的特性分析 王淑红 贾小川 熊光煜 太原理工大学学报 第29卷第期 1998年1月
12．永磁磁性传动器驱动扭矩的分析计算 陈志刚 江苏理工大学学报第16卷第6期 1995年11月
13．动圈式永磁直线电机的磁场和电磁力 钱庆镳 浙江大学
14．直线电机原理与应用 叶云岳 编著 机械工业出版社 140～150页
15．直线电机瞬态特性的场路耦合分析法 靳燕子 科技情报开发与经济 1998年第6期
16．无刷永磁直流电机的绕组参数计算 郑柒拾，王凤翔 沈阳工业大学学报Vol．22No3Jun．2000
17．机电能量转换 卓忠疆主编 福州大学 水利电力出版社 1987年9月第一版
18．共振式直线电机微机控制系统 宋书中 洛阳工业高等专科学校 电气传动1997年 第4期
19. J.s. Moghani, J.F. Eastham The Dynamic Response of a Linear Brushless D.C. Motor Schoolof Electrical & Electronic Engineering, University of Bath
20．永磁同步电动机的设计新方法 李志远 叶东 李和明 朱凌 华北电力学院学报 第23卷 第二期 1996年4月
21. Calculation of static and dynamic performances of a linear oscillatory actuator. In: Yunqiu T. NaiS Proceeding of the International Conference on Electrical Machines and ApplLations Beijing . 1996.408-411 WangShuhong XlongGuangyu WangAllong
22. linear electric motors S.A. Nasar and I. Boldea 1987
23．磁力做功与电磁感应现象中的能量转换 苏玉玲，陈镇平，王如梅 郑州轻工业学院学报 第16卷第4期 2001年12月
24．空心动圈式直线永磁同步电动机的研究分析 太原理工大学 秦世耀
25．电子电路EDA太原理工大学 夏路易 谢克明
26．电脑辅助工程分析Ansys使用指南 中国铁道出版社 陈精一 蔡国忠 编著
27．MATLAB语言 机械工业出版社 陆宁编著
28．电力电子变流技术 北京机械工业出版社 黄俊 王兆安 编著1993
29．微特直线电机及其控制 浙江大学出版社 丁志刚 蒋黔麟 陶志鹏等编著
201～206
30. G Y Xiong, Nasar S A. Analesis of the field and forces in a permanent-magnet linear synchronous machines based on the conception of magnetic charge. IEEE Mag, 1989 (3) :2713-2719
31. I. Boldea, S.A. Nasar. linear Electri Actuators and Generators. IEEE Trans. onEngery Conversion, 1999, (3) :712-715
32．电机内的电磁场 汤蕴缪 北京 科学出版社，1981
33 . Coulomb J L. A Methodology for the determination of global electromechanical quantities form a finite element analysis and its application to the evaluation of magnetic forces, torque and stiffness . IEEE Transactions Magentic, 1983, 19(6)
34．电磁场 冯慈璋 北京 高等教育出版社，1979
35．电机电磁场的分析与计算 胡之光 北京机械工业出版社，1982
36. Gu Qishan, Gao Hongzhan: Air gap field for PM electric machines:Electric Machines and Power Systems, 1985, (5): 459-470
37. VineetaGangla, Jaime De Da Rec. Electromechanical forces and torque in brushless permanent magnet machines. IEEE Trans. on Energy Conversion. 1991, 6, (3)
38. Bruno Leques, Senior Member , IEEE :Permanent Magenet Linear for Short Strokes IEEE TRANSACTIONS ONAPPLACTION. VOL. 32. No. 1. JAnUARY/FEBRUARY 1996
39．电力电子变流技术 黄俊，王兆安 北京 机械工业出版社，1993
40．MATLAB电子仿真与应用 北京 国防工业出版社，2001
41．Mathcad 2001详解 纪哲锐 清华大学出版社 2002年出版
42．许大中 贺益康 浙江大学出版社 1995
43．韩利竹 王华 Matlab电子仿真应用详解国防工业出版社 2001
2．电磁型微电机的发展趋势及我们的对策 张琛 上海交通大学信息存储研究中心
3．径向磁化永磁磁路设计研究 张阜文 电子科技大学 高能所
4．工业用直线电机 山田一著 新时代出版社 189-190
5．现代永磁电机理论与设计 唐任远 等著 机械工业出版社 1997 前言
6．1000kV级变压器主绝缘样机结构分析 罗青林 沈阳变压器有限责任公司 第38卷第2期 2001年2月
7．二维电磁场的有限元计算 大连理工大学 陈宇红 工程力学
8．数值模拟技术及其在Ansys上的实践 西北工业大学出版社 王国强 主编 1999 年8月 序
9．专用稀土永磁同步发电机及其DC-DC稳压系统的研究 王海峰 西北工业大学
10. Study On Field Analysis Of Linear Electromagnetic Actuators XiongGuangYu Dr. Thesis Shinshu University Sep. 14.1997 70-75
11．永磁式直线同步电机的特性分析 王淑红 贾小川 熊光煜 太原理工大学学报 第29卷第期 1998年1月
12．永磁磁性传动器驱动扭矩的分析计算 陈志刚 江苏理工大学学报第16卷第6期 1995年11月
13．动圈式永磁直线电机的磁场和电磁力 钱庆镳 浙江大学
14．直线电机原理与应用 叶云岳 编著 机械工业出版社 140～150页
15．直线电机瞬态特性的场路耦合分析法 靳燕子 科技情报开发与经济 1998年第6期
16．无刷永磁直流电机的绕组参数计算 郑柒拾，王凤翔 沈阳工业大学学报Vol．22No3Jun．2000
17．机电能量转换 卓忠疆主编 福州大学 水利电力出版社 1987年9月第一版
18．共振式直线电机微机控制系统 宋书中 洛阳工业高等专科学校 电气传动1997年 第4期
19. J.s. Moghani, J.F. Eastham The Dynamic Response of a Linear Brushless D.C. Motor Schoolof Electrical & Electronic Engineering, University of Bath
20．永磁同步电动机的设计新方法 李志远 叶东 李和明 朱凌 华北电力学院学报 第23卷 第二期 1996年4月
21. Calculation of static and dynamic performances of a linear oscillatory actuator. In: Yunqiu T. NaiS Proceeding of the International Conference on Electrical Machines and ApplLations Beijing . 1996.408-411 WangShuhong XlongGuangyu WangAllong
22. linear electric motors S.A. Nasar and I. Boldea 1987
23．磁力做功与电磁感应现象中的能量转换 苏玉玲，陈镇平，王如梅 郑州轻工业学院学报 第16卷第4期 2001年12月
24．空心动圈式直线永磁同步电动机的研究分析 太原理工大学 秦世耀
25．电子电路EDA太原理工大学 夏路易 谢克明
26．电脑辅助工程分析Ansys使用指南 中国铁道出版社 陈精一 蔡国忠 编著
27．MATLAB语言 机械工业出版社 陆宁编著
28．电力电子变流技术 北京机械工业出版社 黄俊 王兆安 编著1993
29．微特直线电机及其控制 浙江大学出版社 丁志刚 蒋黔麟 陶志鹏等编著
201～206
30. G Y Xiong, Nasar S A. Analesis of the field and forces in a permanent-magnet linear synchronous machines based on the conception of magnetic charge. IEEE Mag, 1989 (3) :2713-2719
31. I. Boldea, S.A. Nasar. linear Electri Actuators and Generators. IEEE Trans. onEngery Conversion, 1999, (3) :712-715
32．电机内的电磁场 汤蕴缪 北京 科学出版社，1981
33 . Coulomb J L. A Methodology for the determination of global electromechanical quantities form a finite element analysis and its application to the evaluation of magnetic forces, torque and stiffness . IEEE Transactions Magentic, 1983, 19(6)
34．电磁场 冯慈璋 北京 高等教育出版社，1979
35．电机电磁场的分析与计算 胡之光 北京机械工业出版社，1982
36. Gu Qishan, Gao Hongzhan: Air gap field for PM electric machines:Electric Machines and Power Systems, 1985, (5): 459-470
37. VineetaGangla, Jaime De Da Rec. Electromechanical forces and torque in brushless permanent magnet machines. IEEE Trans. on Energy Conversion. 1991, 6, (3)
38. Bruno Leques, Senior Member , IEEE :Permanent Magenet Linear for Short Strokes IEEE TRANSACTIONS ONAPPLACTION. VOL. 32. No. 1. JAnUARY/FEBRUARY 1996
39．电力电子变流技术 黄俊，王兆安 北京 机械工业出版社，1993
40．MATLAB电子仿真与应用 北京 国防工业出版社，2001
41．Mathcad 2001详解 纪哲锐 清华大学出版社 2002年出版
42．许大中 贺益康 浙江大学出版社 1995
43．韩利竹 王华 Matlab电子仿真应用详解国防工业出版社 2001