单相圆筒直线电机等效磁路分析研究

发布时间：2020-06-29 18:05

【摘要】：本文首先介绍了直线电机的发展历史、研究现状以及常见几种直线电机的特点。圆筒直线电机不存在一般直线电机所固有的横向端部效应,制作成本低,使用寿命长,具有十分广阔的应用前景。然而,圆筒直线电机的磁链特性十分复杂,无法通过精确的数学表达式加以描述。有限元分析法虽然计算结果准确,但是计算时间太长,对于计算机硬件的要求也很高,延长了电机的设计流程。而等效磁路法计算时间短,在计算误差可接受的情况下,可以用来进行电机设计的初步核算。因此本文选择采用等效磁路法对圆筒直线电机的磁链特性进行研究。本文以单相圆筒开关磁阻直线电机以及单相圆筒永磁直线电机为研究对象,通过分析其磁场分布情况,得到了它们的二维以及三维等效磁路模型,并且通过与实验结果的对比,验证了所给出的等效磁路模型的准确性。根据单相圆筒开关磁阻直线电机以及单相圆筒永磁直线电机的几何尺寸,在有限元仿真软件FLUX中分别建立这两台电机的三维有限元模型。通过三维有限元模型计算得到了两台电机在不同动子位置下的磁链以及磁感应强度分布情况。通过分析磁链的走向以及疏密,为接下来建立这两台电机的等效磁路模型打下基础。在三维有限元模型计算的基础上,搭建了单相圆筒开关磁阻直线电机以及单相圆筒永磁直线电机的二维等效磁路模型。通过将两台电机分解为若干部分,得到每一部分磁阻的表达式,从而计算出两台电机的磁链特性。采用高斯-赛德尔迭代法,解决了电机内部磁饱和效应的计算问题,使得二维等效磁路模型所计算出的磁链特性更加符合实际。通过分析两台电机中的漏磁现象,将二维等效磁路模型推广到三维空间中,分别给出了单相圆筒开关磁阻直线电机以及单相圆筒永磁直线电机的三维等效磁路模型。随后分别分析了两台电机的三维等效磁路模型,得到了两台电机的磁链特性。相较于二维等效磁路模型,三维等效磁路模型的计算精度更高。在MATLAB/Simulink仿真平台中,建立了单相圆筒开关磁阻直线电机以及单相圆筒永磁直线电机的仿真模型。将等效磁路模型得到的磁链数据分别导入两台电机的磁链计算模块中,得到两台电机在不同速度下的电压以及电流波形。随后对两台样机的磁链、静态力以及电压、电流进行实验验证。结果表明,在相同条件下仿真结果与其对应的实测结果相符,验证了所给出的等效磁路模型的准确性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM359.4
【图文】：

圆筒,几何模型,有限元,定子槽

动子外径 d119.6动子内径 d23.6定子轭厚 h14.0定子槽深 h217.5定子槽宽 w131.0定子极宽 w24.0动子轭厚 h34.0动子槽深 h44.0动子槽宽 w312.5动子极宽 w45.0气隙宽度 g 0.2叠片厚度 L 65.0维有限元模型建立表2-1中单相圆筒开关磁阻直线电机的几何参数可以利用有限构建其三维有限元模型，如图 2-3 所示。利用单相圆筒开关磁性，为了减少有限元计算量，本文建立了四分之一的三维有

磁场分布,剖分,圆筒,情况

开关磁阻直线电机的行程是-5mm 到 5mm，将定子极中心合的位置定义为零位置，距零位置沿 y 轴负方向 5mm 处距零位置 y 轴正方向 5mm 处设置为终止位置。最后，将间所夹的气隙定义为“Compressible”的可压缩状态。限元模型的剖分相圆筒开关磁阻直线电机进行有限元计算之前，需要对于进行剖分。剖分是指将有限元模型划分为许多规则形状的模型中，一般划分为六面体。为了提高有限元计算的计算机的几何属性与物理属性均考虑其中。换言之，对于比较分，此处的磁场分布比较复杂，需要进行比较密集的剖分域，则不需要进行太过细密的剖分。这样做也可以节省计。FLUX 具有自动剖分的功能，一般情况下，采用自动剖的要求。当然用户也可以根据自身的实际需要更改剖分相圆筒开关磁阻直线电机的剖分情况。

【参考文献】