作者 |電磁安 仿真秀專欄作者

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一、圓筒單相動圈式直線震蕩電機設(shè)計

固定頻率的線性運動應(yīng)用，如壓縮機、泵、振動器以及揚聲器/麥克風(fēng)，使用的是線性震蕩單相永磁電動機（LOM），而短沖程（一般不超過 20 毫米）應(yīng)用使用的是線性單相永磁發(fā)電機（LOG），如斯特林發(fā)動機或其他線性活塞發(fā)動機。

1、具有以下特點：

消除了從旋轉(zhuǎn)運動到線性運動的機械傳動；

拓撲結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用；

相當(dāng)高的效率和高力密度，尤其是機械彈簧在共振頻率（機械特征頻率 = 電頻率）下運行時更是如此；

閉環(huán)控制簡單（單相 PWM 轉(zhuǎn)換器）。

LOM（LOG）可分為三大類：

動圈式

動磁式

動鐵式

平板式和圓筒狀單相永磁體拓撲結(jié)構(gòu)都是可行的，但圓筒拓撲結(jié)構(gòu)更受歡迎，因為圓形的好處是可以更好地利用體積和熱傳導(dǎo)。

這次講座中，我主要與大家分享我們在設(shè)計圓筒直線震蕩單相動圈式發(fā)電機中的經(jīng)驗。本課程先對單相圓筒震蕩動圈式直線電機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。然后，對單相圓筒震蕩動圈式直線電機Maxwell建模和仿真。最后對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。

2、動圈式直線震蕩電機特點

單線圈（或同極）動圈式 LOM是典型的沖程達 100 mm，額定推力高，當(dāng)頻率低于 6-70 Hz 時為數(shù)百牛頓至千牛頓；在微米范圍內(nèi)，用于移動電話中的微型揚聲器等時，額定推力更低。

圖1 多線圈多PM結(jié)構(gòu)示意圖

那么，如何用根據(jù)設(shè)計設(shè)計參數(shù)設(shè)計出震蕩電機的初始結(jié)構(gòu)，并通過Maxwell進行仿真驗證？下面我將簡要為大家介紹一下。

二、電機設(shè)計流程

圖2 震蕩電機設(shè)計流程

（1）初始結(jié)構(gòu)尺寸計算

在前期需要借助Matlab對電機結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括定子尺寸、動子尺寸、永磁體尺寸、線圈匝數(shù)、定動子軛鐵厚度等。

（2）Maxwell模型構(gòu)建

基于Maxwell創(chuàng)建直線震蕩電機2D模型，模型包括繞組、定子軛鐵、轉(zhuǎn)子軛鐵、磁鋼、求解域、band區(qū)域等。

然后對模型進行求解設(shè)置和仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果對模型進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

圖3 仿真模型和結(jié)果

三、電機設(shè)計經(jīng)驗及心得

當(dāng)我們設(shè)計電機尺寸與仿真結(jié)果不符時，我們可以從以下方面進行改進：

永磁體尺寸曲線擬合得到最優(yōu)值；

正弦運動設(shè)置方法；

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法。

我們也可以適當(dāng)調(diào)整maxwell經(jīng)驗參數(shù)來使仿真數(shù)據(jù)與matlab計算數(shù)據(jù)接近。

總之，通過這個案例，我們可以看maxwell在電機設(shè)計中的作用，可以加快研發(fā)效率，降低研發(fā)成本，成為電機設(shè)計者的必備工具之一。

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