本项目以航天应用为背景,开展圆筒型直线电机的设计分析方法、极限性能以及温升和寿命预估研究。提出了多种新磁极结构的高推力密度圆筒型直线电机,建立了圆柱坐标系下基于矢量磁位的电机气隙磁场分析模型,实现了对具有异型磁极结构电机磁场的解析计算;揭示了电机的磁极结构、动(定)子内外径比、永磁体厚度等参数的优化设计规律;提出了带交叉耦合项的改进型矢量的直接驱动控制方式,实现了对直接驱动伺服系统高动态高精度的控制;建立了改进的电机温度场计算槽等效分层导热模型,采用动网格的电机流体场分析方法研究揭示了高动态位置响应时电机表面的空气流动及散热规律,通过电机温度场建模及计算,揭示了不同极端工况下电机温升规律;研究得到了永磁体退磁、绕组电阻增大对电机极限性能的影响规律,提出通过绕组极限温升计算来预估短时高过载电机的寿命;完成了两轮无槽圆筒型直线电机及其驱动控制器的研制,系统静动态实验测试结果表明,电机的推力基本随电流线性增加而增大,较之于传统采用旋转电机、减速机构和滚珠丝杠的伺服系统,基于圆筒型直线电机的直接驱动伺服系统的动态性能大大提高,因此此类电机系统在高过载、高动态控制系统中具有巨大应用潜力。
英文主题词linear motor; thrust; ultimate performance; temperature rise; lifetime estimate