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計

固定頻率的線性運動應用，如壓縮機、泵、振動器以及揚聲器/麥克風，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）應用使用的是線性單相永磁發電機（LOG），如斯特林發動機或其他線性活塞發動機。

1、具有以下特點：

消除了從旋轉運動到線性運動的機械傳動；

拓撲結構簡單、堅固耐用；

相當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；

閉環控制簡單（單相 PWM 轉換器）。

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構都是可行的，但圓筒拓撲結構更受歡迎，因為圓形的好處是可以更好地利用體積和熱傳導。

這次講座中，我主要與大家分享我們在設計圓筒直線震蕩單相動圈式發電機中的經驗。本課程先對單相圓筒震蕩動圈式直線電機進行結構設計。然后，對單相圓筒震蕩動圈式直線電機Maxwell建模和仿真。最后對其結構參數進行優化。

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，當頻率低于 6-70 Hz 時為數百牛頓至千牛頓；在微米范圍內，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結構示意圖

那么，如何用根據設計設計參數設計出震蕩電機的初始結構，并通過Maxwell進行仿真驗證？下面我將簡要為大家介紹一下。

二、電機設計流程

圖2 震蕩電機設計流程

（1）初始結構尺寸計算

在前期需要借助Matlab對電機結構設計，包括定子尺寸、動子尺寸、永磁體尺寸、線圈匝數、定動子軛鐵厚度等。

（2）Maxwell模型構建

基于Maxwell創建直線震蕩電機2D模型，模型包括繞組、定子軛鐵、轉子軛鐵、磁鋼、求解域、band區域等。

然后對模型進行求解設置和仿真，并根據仿真結果對模型進行結構優化設計

圖3 仿真模型和結果

三、電機設計經驗及心得

當我們設計電機尺寸與仿真結果不符時，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值；

正弦運動設置方法；

結構優化設計方法。

我們也可以適當調整maxwell經驗參數來使仿真數據與matlab計算數據接近。

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

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