開關(guān)磁阻平面電機(jī)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)與仿真研究
馬春燕，李更新，王振民
（太原理工大學(xué)，山西太原030024）
摘要：為了探索平面電機(jī)設(shè)計(jì)、研究的新方法，采用虛擬樣機(jī)及其仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)了開關(guān)磁阻平面電機(jī)的三維虛擬樣機(jī)，論述了srpm的組成結(jié)構(gòu)和工作原理建立廠具有電流和位置負(fù)反饋的雙閉環(huán)智能控制系統(tǒng)，對(duì)srpm虛擬樣機(jī)進(jìn)行r機(jī)電一體化聯(lián)合仿真研究．優(yōu)化了控制參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，給出了有價(jià)值的分析和研究成果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明srpm虛擬樣機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)特性和較小的位移跟蹤誤差。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻平面電機(jī)；虛擬樣機(jī)；聯(lián)合仿真
中圖分類號(hào)：tm352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004-7018(2010)07-002,s-03
0引 言
在許多工業(yè)制造領(lǐng)域以及電子產(chǎn)品生產(chǎn)中，都需要高精度和高速度的平面運(yùn)動(dòng)，如數(shù)控機(jī)床、平面焊接機(jī)、大規(guī)模集成電路的加工與封裝、印刷電路板制作設(shè)備等。20世紀(jì)80年代后期，隨著世界各國(guó)特別是日本、美國(guó)和俄羅斯等國(guó)壹線電動(dòng)機(jī)的研制與廣泛應(yīng)用，研究人員采用兩臺(tái)或多臺(tái)直線電動(dòng)機(jī)各自的直線運(yùn)動(dòng)疊加合成平面運(yùn)動(dòng)。這種裝置省去了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，提高了平面運(yùn)動(dòng)的精度和速度。但是由直線電動(dòng)機(jī)疊加形成平面運(yùn)動(dòng)的裝置，并沒(méi)有從根本上擺脫“低維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)疊加形成高維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)”的模式，特別是對(duì)于底層的直線電動(dòng)機(jī)需要承載上層直線電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)機(jī)械部件的重量，穩(wěn)定性、速度和精度都受到限制。因此，引發(fā)r直驅(qū)式平面電機(jī)的研究熱潮。開關(guān)磁阻式乎面電動(dòng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱srpm）由旋轉(zhuǎn)式開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)，是一種可暖直接驅(qū)動(dòng)形成平面運(yùn)動(dòng)的平面電機(jī)，它將電能直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而省去了由直線運(yùn)動(dòng)到平面運(yùn)動(dòng)的一系列機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置。
1 srpm虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)
虛擬樣機(jī)技術(shù)又稱為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)是上20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程( cae)技術(shù)。它科用計(jì)算機(jī)軟件建立機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型，分析和評(píng)估系統(tǒng)的性能．從而為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供可靠的參數(shù)依據(jù)。它使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，便于在計(jì)算機(jī)查找設(shè)計(jì)缺陷，并予以修改，對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真試驗(yàn)，修正并改進(jìn)，直至獲得****的設(shè)計(jì)
方案，而后加工制作物理樣機(jī)，具有早期確定設(shè)計(jì)參數(shù)、更新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程、縮短開發(fā)周期、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。
1.1 srpm結(jié)構(gòu)及工作原理
srpm由定子、動(dòng)子和機(jī)械部件構(gòu)成，定子和動(dòng)子鐵心（雙凸極結(jié)構(gòu)）均采用鐵磁材料，動(dòng)子鐵心上安裝集中繞組，而定子尤需繞組，電不需要永磁體，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
1 1 1定子
srpm定子鐵心沖片如圖la所示，將多個(gè)定子鐵心沖片疊裝成定子鐵心塊如圖lb所示，再將多個(gè)定子鐵心塊垂直交叉拼裝成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)如圖le所示．并用環(huán)氧膠粘接在一起，固定在基座平臺(tái)上。每個(gè)定子鐵心塊的疊裝厚度與齒寬相同，這樣，在x方向和y方向上形成多條相同的磁路通道，并可以按照實(shí)際需要沿x方向和y方向擴(kuò)展。
1.1.2動(dòng)子
srpm動(dòng)子鐵心沖片如圖2a所示，將多個(gè)動(dòng)子鐵心沖片疊裝成動(dòng)子鐵心如圖2b所示，在動(dòng)子鐵心窗幾套裝繞組，成為單相動(dòng)子如圖2e所示。
兩套三相動(dòng)子，一套產(chǎn)生z方向電磁推力，另一套產(chǎn)生y方向電磁推力。為了減小x方向與1方向上的磁路耦合作用，將六個(gè)相同的動(dòng)子相互垂直、交叉、對(duì)稱地同定在動(dòng)子臺(tái)架上。動(dòng)子的結(jié)構(gòu)及布置形式如圖3所示。
1.1.3機(jī)械部件
srpm是機(jī)電一體化系統(tǒng)，其中機(jī)械部件包括導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和附件。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由z方向?qū)蜉S（滑桿）和y方向?qū)蚧壗M成。y方向?qū)蚧壒潭ㄔ诨脚_(tái)上，x方向?qū)蜉S一方面 |
