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作为一种新型的圆筒型直线电机,横向磁通圆筒型永磁直线电机与传统永磁直线电机相比,定子齿槽与电枢绕组空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,易于实现高力密度,因此横向磁通圆筒型永磁直线电机在高推力密度领域具有广泛的应用前景。然而作为一种特殊结构的新型电机,横向磁通永磁直线电机推力波动大的问题、特殊运动模式下的损耗和温升问题等都需要作进一步的研究。本文针对该种电机的推力特性、损耗及温升特性等问题进行了深入的研究,包括电机定位力、波动力的抑制;变速往复周期运动模式下电机损耗的研究;连续往复运行和短时过载两种工况下电机温升特性的研究。 针对横向磁通圆筒型永磁直线电机推力波动大的问题,分别从减小定位力、波动力两方面展开研究。提出了单相三维有限元法与傅里叶变换相结合的方法计算电机的定位力,在保证计算准确度的前提下,有效地缩短了定位力的计算时间。分析了定子单元铁心厚度与极距之比和定子单元铁心间距对定位力大小的影响,分析结果表明,在不同定子单元铁心间距下,定位力受定子单元铁心厚度与极距之比的影响规律基本一致。通过对定子单元铁心厚度与极距之比的合理选取,可有效地降低电机的定位力。针对波动力的抑制从改善感应电势波形的角度出发,推导了波动力波动系数,研究了不同结构参数和采用定子单元铁心类分布排列对波动力的影响。研究结果表明,采用定子单元铁心类分布排列可以一定程度上降低波动力,在尽量保证反电势基波幅值保持不变的前提下,采用定子单元铁心不等间距排列可有效地抑制波动力。 永磁直线电机通常处于变速往复周期运动模式下,针对这一特殊运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机的铜耗、定子铁心损耗以及动子永磁体涡流损耗展开研究。提出了考虑电枢绕组电流幅值按正弦函数变化时的铜耗计算方法;对三维磁场下的电机定子铁心损耗进行了研究,分析了在匀速运动下电枢电流大小以及相位对电机定子铁心损耗的影响,同时提出了一种计算变速往复周期运动下的定子铁心损耗方法。对动子侧永磁体内的涡流损耗进行了研究,在忽略电枢绕组电流时间谐波作用的前提下,分析了在匀速运动下定子单元铁心厚度与极距之比和定子单元铁心间距对永磁体内涡流损耗的影响,计算了在变速往复周期运动下的永磁体内涡流损耗。从而为后续温度场的研究提供较为准确的热源。 根据横向磁通圆筒型永磁直线电机在直线运动系统中的具体应用,对连续往复运行和短时过载两种工况下电机的温升特性进行了研究。在综合考虑电机结构和运行状态特殊性的基础上，建立了横向磁通圆筒型永磁直线电机包含机壳端盖在内且计及电枢绕组三维结构的温度场计算模型;应用传热学理论,在考虑电机热源、工作状态和电机各部分热交换等因素的前提下,详细讨论了电机中材料的热传导系数、比热容以及各个表面散热系数的确定方法,计算了电机在连续往复运行和短时过载两种工况下的瞬态温度场。计算结果表明,在连续往复运行工况下,电机定子侧产生的热量主要是通过定子和机壳与外界空气进行对流换热。在短时过载工况下,对电机的热状态进行预估,得出电机具有一定的过载能力。 为了验证横向磁通圆筒型永磁直线电机设计的合理性,研制了样机并搭建了基于DSP的控制与测试系统试验平台,分别对样机进行了定位力、静态推力、反电势、损耗和温升等特性的测试,并给出了试验测试方法。特别是针对横向磁通圆筒型永磁直线电机运动模式的不同,分别设计了在匀速运动和变速往复周期运动下的定子铁心损耗测试方法,和在连续往复运行和短时过载两种工况下电机温升测试方法。试验结果进一步验证了数值计算结果的准确性。