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  图中动子静态电磁力特性曲线 F = f ( x , i ) 如图 7 所示 ,图中示出了动子在不同位置不同电流下的电磁 力 。从图 7 中可知在动子位移 10 mm 处受到的电磁力 最大 ,此时动子位置如图 6 ( c ) 所示 ,即动子刚进入定子 的空心圆柱气隙磁场中 。从图 7 中可知在动子位移 0 mm处受到的电磁力最小 ,接近于零 ,此时动子处于对 称平衡位置 ,如图 6 ( a) 所示 。当动子继续向下运动时 , 在2 x 位置处 ,动子受到向上的电磁力 ,其大小与在 x 位 置处的电磁力大小相等 。从图 7 可知 ,动子在整个行程 中其电磁力具有非单调和非线 动子静态电磁力特性曲线 F = f ( x , i)

  直线振动电机的静态电磁力实验装置大多数都用在反 映动子在恒定电流下 ,电磁力与位移之间的关系 。为了 对电磁力特性仿真结果做试验验证 ,设计了静态电磁 力测试装置 ,将动子与压力传感器固定 , 使用螺杆调节 动子的位置 ,测量电磁力使用量程 100 N 的 CZL21B 力 传感器 ,测量位移使用量程 25 mm 的 WDL225 直滑式 导电塑料位移传感器 。静态电磁力仿线 所示 ,通过实验结果和仿真结果的比较可知仿真

  所示 。图中振动电机由电机动子 、 电机定子 、 线圈和弹 簧等部件构成 。其工作原理如图 2 所示 , 图 2 ( a ) 中电 机动子在运动位置的上限端 , 线圈通直流电流 , 线圈电 流产生的磁通流经的路径如图 2 ( a ) 所示 , 根据磁路特 性 ,磁吸力作用的结果是使磁路中的磁阻最小 , 电机动 子受到向下的电磁力开始运动 ,并压缩弹簧储能 。当达 到图 2 ( b) 所示的位置时 ,磁路中磁阻达到最小 ,磁路中 的磁通达到最大值 ,但是由于左右磁路对称 , 动子受到 的向下的电磁力为零 。此时断掉线圈电流 ,动子在弹簧 单一力作用下运动至图 2 ( c ) 所示的最下端 , 然后开始 反向运动 。运动至图 2 ( d ) 位置时 , 线圈通电流产生向 下电磁力大于弹簧力 , 动子开始减速 , 当动子反向运动 至图 2 ( a) 所示位置时开始下一个运动循环 。由上述直 线振动电机的工作原理可知 ,电机动子在线 引 言

  磁力特性 , 特别适合于非线性负载的使用场合 , 运动 部件采用硅钢 叠片 结构 , 没有 永磁 材料 磁 特 性 变 化 带来的技术问 题 , 特 别适 合于 需要 长使 用 寿 命 的 工 作环境 。

  近年来 ,直线电机由于特有的技术优势 , 成为电机 的研究热点之一[ 1 ] 。慢慢的变多的研究人员投入到相关 领域 ,并且有大量文献陆续发表出来 。其中 , 直线振动 电机是利用方向交变的电磁力 ( 或电磁力和弹簧力配 合) 产生往复直线运动的驱动机构 , 同传统旋转电机相 比 [ 224 ] ,由于没从旋转运动到直线运动的转换机构 ,具 有结构相对比较简单 、 体积小等优点 , 被大范围的应用于小型空气压 缩机 、 电磁阀 、 搅拌机等电磁机构中 。直线振动电机从 结构来划分 , 有动圈式 、 动铁式 、 动磁式等[ 5 ,6 ] , 其中某 些动圈式和动磁式直线振动电机的电磁力特性接近线 ] ,在线性负载使用场合时 , 上述线性出力的直线振 动电机得到了较好的应用 , 但在非线性附载使用场合 , 线性出力特性的直线振动电机同负载特性难以匹配 ,影 响效率的进一步提升 。而且某些动圈式和动磁式直线 振动电机中采用永久磁铁作为激励源或动子 [ 8 ,9 ] , 永磁 材料经常使用后的磁特性变化也会影响到工作性能 ,也 是一部分直线振动电机的研究一定要解决的技术难点 。 本文研究了一种动铁式直线振动电机 ,具有非线性的电

  簧的共同作用下 ,作直线往返运动 , 线圈施加的控制电 压波形如图 3 所示 ,线圈电压为矩形方波 。

  摘 : 对动铁式直线振动电机进行研究 ,采用有限元仿真和实验测试相结合的方法 ,对直线位移特性进 要 行分析研究 。实验根据结果得出仿真的正确性 。创新点在于该电机为非线性电磁出力特性 , 特别适于压缩机等非线性负载应用 场合 ,且无永磁电机失磁弱点 。电磁分析为动态电磁力特性研究和结构优化设计提供了基础 。 关键词 : 直线电机 ; 振动 ; 非线性 ; 有限元 ; 电磁力 中图分类号 : TM3591 4 文献标识码 :A 文章编号 :10042373X ( 2008) 232151203

  《现代电子技术》 2008 年第 23 期总第 286 期 情况 ,线 A , 此时动子所受电磁力为 0 。图 6 ( b) 所示为动子在位移 16 mm 时磁力线 A , 此时动子所受向下电磁 力为 21 N 。 结果的正确性 。

  法向量 , A 为受力面积 。 采用二维有限元模型进行直线振动电机静特性仿 真 ,其仿线 所示 , 基于结 构对称性 ,二维模型只建了主磁路 1/ 2 截面部分 , 主磁 路包括电机定子 、 动子 、 工作气隙和线圈 。从图中可以 看出在不同位置处 ( 动子处于对称位置和顶部位置 ) 有 限元网格的划分情况 ,在此特别指出的是当动子位置不 同时 ,工作气隙的网格剖分差别较大 ,但共同的一点是 , 工作气隙涉及到电磁力的正确求解 ,因此在整个有限元 模型中剖分最密 。

  静态电磁力特性是指直线振动电机绕组中通恒定 的直流电流 ,动子处于恒定位置 ,动子受到的电磁力2位 移特性 。静态电磁力特性是直线振动电机最基本的特 性 ,是电机动态分析和优化设计的基础 。本文采用有限 元方法仿真分析直线振动电机的静态特性 ,得到电机的 电磁力数值结果 、 磁力线分布和磁密分布 。由图 1 看 出 ,动铁式直线振动电机为圆周对称结构 , 因此可采用 二维有限元模型来进行静态电磁力特性仿真分析 。将 计算区域取为电机及周围的部分空气区域 ,在忽略铁心 涡流损耗 、 磁滞损耗的情况下 ,矢量磁位 A 表示的二维

  随着对直线振动电机研究的深入 ,适宜非线性负载 应用场合的直线振动电机的研究慢慢的受到关注 。以 动铁式直线振动电机为研究对象 ,其电磁力特性具有非 线性特点 ,对该电机进行了静态电磁力特性二维有限元 仿真和实验研究 ,给出了电机的有限元模型 、 磁力线分 布和电磁力仿真和实验结果 ,为接下来的电机动态电磁 力特性研究和结构优化设计提供了基础 。