面向电织针设计的直线电机模型参数选择

毕文武，范良志，王玉金



面向电织针设计的直线电机模型参数选择

毕文武，范良志*，王玉金

（武汉纺织大学机电工程学院，湖北武汉 430073）

针对一种面向电织针设计的超薄永磁直线同步电机，在提出直线电机模型的条件下对其气隙磁场进行研究，最后分析直线电机的各个参数对气隙磁场强度的影响，并利用分析结果设计直线电机的参数，完善直线电机的模型设计，为进一步的样机制作打下基础。

电织针；直线电机；气隙磁场；参数

１　引言

近年来随着纺织工艺水平的不断提高，对纺织机械的效率、响应速度、控制的繁简程度均提出了更高的要求。永磁直线电机越来越多的应用到纺织机械领域。为了满足电织针的性能要求，在设计直线电机的时候就要尽可能的提高其气息磁场的强度，而气隙磁场的大小又和电机模型的各个尺寸大小密切相关，为了完成直线电机参数的设计，需要分析气隙磁场解析解和电机尺寸的关系，并以提高气隙磁场大小和减少磁场的谐波含量为要求来选定电机模型各个尺寸参数的大小。

本文在电织针电机模型选择无背铁铁心永磁体面对面安装动圈式结构基础上，通过Matlab对气隙磁场的大小进行分析，初步选定电机的各个尺寸参数。

２　超薄直线电机总体设计目标

2.1运动轨迹指标

往复行程20mm，工作频率不小于60Hz，定位精度0.2mm。

2.2电织针厚度限制

由于常见的高性能针织大圆机针号通常为E16针～E32针，即每英寸16根织针或32根织针，相当于0.79mm～1.59mm厚度，所以电织针的宽度要在大约1mm左右。

2.3推力指标

3　直线电机的总体设计模型以及主要尺寸

图1　直线电机的初步设计模型

4　主要尺寸对气隙磁场的大小的影响

为了满足电织针的性能要求，需要尽可能的提高气隙磁场的大小和降低影响气息磁场正弦程度的谐波含量，而气隙磁场和谐波含量的大小又与永磁体的高度和宽度以及磁极节距密切相关，利用上面的电机模型建立拉普拉斯方程和泊松方程求解气隙磁场的数学模型并结合边界条件得到气隙磁场解析解，为了得到气息磁场大小和直线电机主要尺寸的关系，以气隙磁场在法线方向（即Y轴方向）的分量为例进行分析：

5　设计模型的最优化参数选择

5.1永磁体厚度和气隙长度的设计

5.2永磁体宽度和宽度方向极距长度的设计

6　电织针气隙磁场分布的matlab仿真分析以及参数优化

图2　mm时，单周期范围内沿x轴方向的气隙磁感应强度分布

图3　mm时，单周期范围内沿x轴方向的气隙磁感应强度分布

7　结论

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Parameters Selected of Linear Motor Designed for Electrical Knitting Needle

BI Wen-wu, FAN Liang-zhi, WANG Yu-jin

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

the paper evaluates the impact of parameters to themagnetic fieldafter theresearch of the Magnetic field of side-by-side packed ultra thickness linear actuators for electrical knitting needle, and uses the results and other guidelinesdesigned the parameters of the Linear Motor tolay the foundation for further work.

Electrical Knitting Needle; Linear Motor; Magnetic field; Parameters

TP183

A

1009－5160(2011)03－0066－04

国家自然科学基金项目（50805109).

*通讯作者：范良志 (1976-)，男，副教授，研究方向：数控技术、机器人技术和新型电脑针织数字化设备.