磁通反向直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器的設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、磁通反向直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器(Flux reversal linear and rotary permanent magnet actuator，F(xiàn)R-LRPMA)是一種將磁通反向原理與直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器結(jié)合的新型電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、直線或螺旋運(yùn)動。在工業(yè)驅(qū)動領(lǐng)域諸如數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人以及航天航空等方面有很強(qiáng)的應(yīng)用需求。因此，開展該類作動器的設(shè)計(jì)、分析和驅(qū)動控制具有重要的理論意義和實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
　　本文對直線旋

2、轉(zhuǎn)作動器的設(shè)計(jì)及驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合分析，總結(jié)了典型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其性能特征。提出了FR-LRPMA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對其工作原理以及主要電磁參數(shù)計(jì)算進(jìn)行了研究，建立了理想線性模型以計(jì)算其電感、磁鏈特性等參數(shù)，并用三維有限元對其進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　采用三維解析法計(jì)算FR-LRPMA的空載氣隙磁場。假設(shè)定子和動子為無槽結(jié)構(gòu)，將管狀結(jié)構(gòu)等效成平面模型，在笛卡爾坐標(biāo)系下計(jì)算平面模型的三維解析磁場，進(jìn)而計(jì)算曲率系數(shù)，減小平面解析磁場與圓柱

3、型解析磁場之間的誤差，通過計(jì)算氣隙相對比磁導(dǎo)，分析由于定子永磁極和鐵極磁導(dǎo)不同對氣隙磁場的影響，以及定子槽和動子槽對氣隙磁場的影響，推導(dǎo)了空載情況下的氣隙磁場解析公式?；贛axwell應(yīng)力張量法和虛功法，推導(dǎo)了作動器的齒槽轉(zhuǎn)矩、直線定位力、轉(zhuǎn)矩和直線推力的解析公式，并以齒槽轉(zhuǎn)矩、直線定位力和轉(zhuǎn)矩脈動的幅值最小化，轉(zhuǎn)矩最大化為目標(biāo)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　通過對永磁體發(fā)生不可逆退磁的機(jī)理、退磁模型的研究，分析了影響FR-LRPMA

4、永磁體退磁的主要因素，為了降低永磁體發(fā)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，提出了可以將永磁體厚度、溫度、動子旋轉(zhuǎn)位置和電流等因素考慮在內(nèi)的擬合公式，來確定永磁體的最小工作點(diǎn)，綜合分析得到永磁體厚度的最優(yōu)值和額定條件下允許的最大電流值。
　　分析了磁通反向型電機(jī)與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)控制模型的區(qū)別，推導(dǎo)了FR-LRPMA的九相定子坐標(biāo)系下及雙dq動子坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，在Matlab/Simulink中建立了基于空間矢量脈寬調(diào)制算法(Space vec