面向電織針設計的直線電機模型參數選擇

畢文武，范良志，王玉金

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面向電織針設計的直線電機模型參數選擇

畢文武，范良志*，王玉金

（武漢紡織大學機電工程學院，湖北武漢 430073）

針對一種面向電織針設計的超薄永磁直線同步電機，在提出直線電機模型的條件下對其氣隙磁場進行研究，最后分析直線電機的各個參數對氣隙磁場強度的影響，并利用分析結果設計直線電機的參數，完善直線電機的模型設計，為進一步的樣機制作打下基礎。

電織針；直線電機；氣隙磁場；參數

１　引言

近年來隨著紡織工藝水平的不斷提高，對紡織機械的效率、響應速度、控制的繁簡程度均提出了更高的要求。永磁直線電機越來越多的應用到紡織機械領域。為了滿足電織針的性能要求，在設計直線電機的時候就要盡可能的提高其氣息磁場的強度，而氣隙磁場的大小又和電機模型的各個尺寸大小密切相關，為了完成直線電機參數的設計，需要分析氣隙磁場解析解和電機尺寸的關系，并以提高氣隙磁場大小和減少磁場的諧波含量為要求來選定電機模型各個尺寸參數的大小。

本文在電織針電機模型選擇無背鐵鐵心永磁體面對面安裝動圈式結構基礎上，通過Matlab對氣隙磁場的大小進行分析，初步選定電機的各個尺寸參數。

２　超薄直線電機總體設計目標

2.1運動軌跡指標

往復行程20mm，工作頻率不小于60Hz，定位精度0.2mm。

2.2電織針厚度限制

由于常見的高性能針織大圓機針號通常為E16針～E32針，即每英寸16根織針或32根織針，相當于0.79mm～1.59mm厚度，所以電織針的寬度要在大約1mm左右。

2.3推力指標

3　直線電機的總體設計模型以及主要尺寸

圖1　直線電機的初步設計模型

4　主要尺寸對氣隙磁場的大小的影響

為了滿足電織針的性能要求，需要盡可能的提高氣隙磁場的大小和降低影響氣息磁場正弦程度的諧波含量，而氣隙磁場和諧波含量的大小又與永磁體的高度和寬度以及磁極節距密切相關，利用上面的電機模型建立拉普拉斯方程和泊松方程求解氣隙磁場的數學模型并結合邊界條件得到氣隙磁場解析解，為了得到氣息磁場大小和直線電機主要尺寸的關系，以氣隙磁場在法線方向（即Y軸方向）的分量為例進行分析：

5　設計模型的最優化參數選擇

5.1永磁體厚度和氣隙長度的設計

5.2永磁體寬度和寬度方向極距長度的設計

6　電織針氣隙磁場分布的matlab仿真分析以及參數優化

圖2　mm時，單周期范圍內沿x軸方向的氣隙磁感應強度分布

圖3　mm時，單周期范圍內沿x軸方向的氣隙磁感應強度分布

7　結論

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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

國家自然科學基金項目（50805109).

*通訊作者：范良志 (1976-)，男，副教授，研究方向：數控技術、機器人技術和新型電腦針織數字化設備.