發(fā)布時(shí)間：2020-06-29 18:05

【摘要】：本文首先介紹了直線電機(jī)的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀以及常見(jiàn)幾種直線電機(jī)的特點(diǎn)。圓筒直線電機(jī)不存在一般直線電機(jī)所固有的橫向端部效應(yīng),制作成本低,使用壽命長(zhǎng),具有十分廣闊的應(yīng)用前景。然而,圓筒直線電機(jī)的磁鏈特性十分復(fù)雜,無(wú)法通過(guò)精確的數(shù)學(xué)表達(dá)式加以描述。有限元分析法雖然計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確,但是計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng),對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件的要求也很高,延長(zhǎng)了電機(jī)的設(shè)計(jì)流程。而等效磁路法計(jì)算時(shí)間短,在計(jì)算誤差可接受的情況下,可以用來(lái)進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)的初步核算。因此本文選擇采用等效磁路法對(duì)圓筒直線電機(jī)的磁鏈特性進(jìn)行研究。本文以單相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)以及單相圓筒永磁直線電機(jī)為研究對(duì)象,通過(guò)分析其磁場(chǎng)分布情況,得到了它們的二維以及三維等效磁路模型,并且通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了所給出的等效磁路模型的準(zhǔn)確性。根據(jù)單相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)以及單相圓筒永磁直線電機(jī)的幾何尺寸,在有限元仿真軟件FLUX中分別建立這兩臺(tái)電機(jī)的三維有限元模型。通過(guò)三維有限元模型計(jì)算得到了兩臺(tái)電機(jī)在不同動(dòng)子位置下的磁鏈以及磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況。通過(guò)分析磁鏈的走向以及疏密,為接下來(lái)建立這兩臺(tái)電機(jī)的等效磁路模型打下基礎(chǔ)。在三維有限元模型計(jì)算的基礎(chǔ)上,搭建了單相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)以及單相圓筒永磁直線電機(jī)的二維等效磁路模型。通過(guò)將兩臺(tái)電機(jī)分解為若干部分,得到每一部分磁阻的表達(dá)式,從而計(jì)算出兩臺(tái)電機(jī)的磁鏈特性。采用高斯-賽德?tīng)柕?解決了電機(jī)內(nèi)部磁飽和效應(yīng)的計(jì)算問(wèn)題,使得二維等效磁路模型所計(jì)算出的磁鏈特性更加符合實(shí)際。通過(guò)分析兩臺(tái)電機(jī)中的漏磁現(xiàn)象,將二維等效磁路模型推廣到三維空間中,分別給出了單相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)以及單相圓筒永磁直線電機(jī)的三維等效磁路模型。隨后分別分析了兩臺(tái)電機(jī)的三維等效磁路模型,得到了兩臺(tái)電機(jī)的磁鏈特性。相較于二維等效磁路模型,三維等效磁路模型的計(jì)算精度更高。在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)中,建立了單相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)以及單相圓筒永磁直線電機(jī)的仿真模型。將等效磁路模型得到的磁鏈數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入兩臺(tái)電機(jī)的磁鏈計(jì)算模塊中,得到兩臺(tái)電機(jī)在不同速度下的電壓以及電流波形。隨后對(duì)兩臺(tái)樣機(jī)的磁鏈、靜態(tài)力以及電壓、電流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,在相同條件下仿真結(jié)果與其對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)結(jié)果相符,驗(yàn)證了所給出的等效磁路模型的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM359.4
【圖文】：

動(dòng)子外徑 d119.6動(dòng)子內(nèi)徑 d23.6定子軛厚 h14.0定子槽深 h217.5定子槽寬 w131.0定子極寬 w24.0動(dòng)子軛厚 h34.0動(dòng)子槽深 h44.0動(dòng)子槽寬 w312.5動(dòng)子極寬 w45.0氣隙寬度 g 0.2疊片厚度 L 65.0維有限元模型建立表2-1中單相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)的幾何參數(shù)可以利用有限 構(gòu)建其三維有限元模型，如圖 2-3 所示。利用單相圓筒開(kāi)關(guān)磁性，為了減少有限元計(jì)算量，本文建立了四分之一的三維有

開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)的行程是-5mm 到 5mm，將定子極中心合的位置定義為零位置，距零位置沿 y 軸負(fù)方向 5mm 處距零位置 y 軸正方向 5mm 處設(shè)置為終止位置。最后，將間所夾的氣隙定義為“Compressible”的可壓縮狀態(tài)。限元模型的剖分相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)進(jìn)行有限元計(jì)算之前，需要對(duì)于進(jìn)行剖分。剖分是指將有限元模型劃分為許多規(guī)則形狀的模型中，一般劃分為六面體。為了提高有限元計(jì)算的計(jì)算機(jī)的幾何屬性與物理屬性均考慮其中。換言之，對(duì)于比較分，此處的磁場(chǎng)分布比較復(fù)雜，需要進(jìn)行比較密集的剖分域，則不需要進(jìn)行太過(guò)細(xì)密的剖分。這樣做也可以節(jié)省計(jì)。FLUX 具有自動(dòng)剖分的功能，一般情況下，采用自動(dòng)剖的要求。當(dāng)然用戶也可以根據(jù)自身的實(shí)際需要更改剖分相圓筒開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)的剖分情況。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2734164