超薄永磁步进直线电机最大电磁推力优化研究

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本文针对一款卫星滤光盒用超薄永磁步进直线电机(Permannent Magnet Stepper Linear Motor,PMSLM)进行了研究。在本文滤光盒的应用环境中,单台电机的厚度相对电机的行程长度极薄,占有的空间体积小,并且在尺寸上受到了严格的限制。根据滤光盒对动作器的要求,驱动装置必须在较短的时间内带动滤光盒内的滤光片到达指定位置,为了满足滤光片驱动的时间要求,电机需要有较大的电磁推力保证电机运行。因此,本文需要在滤光盒的严格的空间条件的限制下,以获得最大电磁推力为目标展开研究。首先,在分析滤光盒动作器内各组滤光片尺寸、动静态摩擦力、行程、激励方式以及响应时间等指标要求的基础上,确定了电机的结构形式、主要尺寸、极槽数配合、步距等约束条件,并据此获得电机的初步方案。其次,为进一步对电机电磁推力开展最大化设计,论文选用兼顾计算精度和速度的磁网格法进行电机的电磁计算,所建电机磁网格模型(Magnetic Equivalent Circuit,MEC)较为充分地考虑了永磁式直线电机结构特点和铁心各区域磁路饱和特征,研究了定子齿部、轭部及其过度区域以及直线电机端部的磁网格模型和磁阻网络的构建和计算方法,并给予Matlab编制了相关计算程序。所得电机磁网格模型与有限元方法对比、验证,显示该模型精度较高、速度更快。最后,为了完成电机电磁推力的优化,本文建立了电机的优化设计模型;然后引入差分进化的思想和遗传算法的思想加强了优化帝国竞争算法(Optimized Imperialistic Competition Algorithm,OICA)帝国之间信息的交互,使其更适用于本电机的多变量单目标的优化设计中,并获得了最大电磁推力的优化设计方案,经有限元和实验测试表明所得电机方案满足滤光片动作器的推力和响应时间的指标研究。
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