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低速永磁直线同步电动机的研究与设计

作 者: 杨新伟
导 师: 康润生
学 校: 河南理工大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 低速电机 永磁直线电机 电机设计 有限元分析 仿真
分类号: TM341
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 33次
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内容摘要


低速永磁直线同步电动机是一种新型直线电机,在需要低速直线运动的场合具有广泛的应用前景。目前,对低速永磁直线同步电动机的研究还不多。本文在前人的基础上对低速永磁直线同步电动机进行了研究与设计,为这种电机的产品化奠定了基础。本文提出了钕铁硼励磁的低速永磁直线同步电动机的基本结构,通过分析永磁体产生的横向磁通,对基本结构进行了改进,确定了电机的结构型式,并对这种结构型式的低速永磁直线同步电动机的运行机理进行了分析,用气隙比磁导法推导了气隙磁密公式和电磁推力公式。借鉴旋转低速电机的电磁设计理论,本文对低速永磁直线同步电动机进行了电磁设计。根据电磁设计程序,确定了电机各部分尺寸和绕组形式,并计算了电机参数,校核了电机性能。在此基础上,设计了两台不同结构的样机。本文采用有限元方法对低速永磁直线同步电动机的电磁场进行了分析,并对两台样机进行了实例计算。按照磁路等效的原则,对电机物理模型进行了二维等效处理,建立了等效二维物理模型。通过静态求解,得到了永磁体单独作用、线圈单独作用及永磁体与线圈共同作用时样机的静态磁场分布。在二维电磁场分析的基础上,本文进一步对低速永磁直线同步电动机的三维电磁场进行了有限元分析,得到了两台样机的磁场分布,重点分析了齿层区域和气隙区域磁密的三维分布。在对两台样机的电磁场分析完成的基础上,本文进一步对样机性能进行了仿真。利用大型有限元软件MAGNET分别仿真了样机的静态特性、瞬态特性和稳态特性。通过对仿真结果的分析,验证了样机设计的合理性及可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题的目的和意义  10-11
  1.2 直线电机的历史与发展趋势  11-15
    1.2.1 直线电机理论研究  12-13
    1.2.2 直线电机的设计与应用  13-14
    1.2.3 直线电机的发展趋势  14-15
  1.3 低速永磁直线同步电动机的研究现状  15-17
  1.4 本文的主要任务  17-18
2 低速永磁直线同步电动机结构型式设计及运行机理分析  18-30
  2.1 结构型式设计  18-20
    2.1.1 基本结构  18-19
    2.1.2 改进结构  19-20
  2.2 运行机理分析  20-28
    2.2.1 基本运行原理  20-22
    2.2.2 初、次级磁势产生的气隙磁密  22-25
    2.2.3 电磁推力  25-28
  2.3 本章小结  28-30
3 低速永磁直线同步电动机的电磁设计  30-56
  3.1 主要技术条件  30
  3.2 永磁体类型的选择  30-31
  3.3 电机的主要尺寸与气隙的选择  31-37
    3.3.1 永磁体高度的确定  32-34
    3.3.2 次级总高  34
    3.3.3 次级磁轭长  34-35
    3.3.4 次级磁势估算  35
    3.3.5 永磁体长度  35
    3.3.6 两磁轭之间的气隙  35-37
    3.3.7 气隙的选择  37
  3.4 初级冲片设计  37-38
  3.5 初级绕组设计  38-40
    3.5.1 绕组形式  38-39
    3.5.2 每相绕组匝数  39-40
    3.5.3 绕组导线截面  40
  3.6 初、次级齿槽和轭部设计  40-45
    3.6.1 槽面积  41-42
    3.6.2 次级齿距  42
    3.6.3 初级齿距  42
    3.6.4 初、次级齿槽宽  42-43
    3.6.5 初、次级齿高  43
    3.6.6 大齿齿槽部尺寸  43-45
    3.6.7 初级轭高  45
  3.7 气隙磁导计算  45
  3.8 磁路计算  45-50
    3.8.1 次级磁通的磁路计算  45-49
    3.8.2 初级绕组磁通的磁路计算  49-50
  3.9 初级绕组参数  50-52
    3.9.1 初级绕组的电阻  51
    3.9.2 初级绕组的漏抗  51-52
  3.10 性能计算  52-53
    3.10.1 电枢反应电势E_1 的校核  52-53
    3.10.2 最大电磁推力  53
    3.10.3 最大输出功率时的效率  53
  3.11 本章小结  53-56
4 低速永磁直线同步电动机磁场的有限元分析  56-78
  4.1 引言  56-57
  4.2 MAGNET 软件介绍  57
  4.3 低速永磁直线同步电动机二维磁场分析  57-65
    4.3.1 低速永磁直线同步电动机等效二维物理模型的建立  57-58
    4.3.2 数学模型及边界条件  58-61
    4.3.3 MAGNET 二维有限元计算的实现  61-65
  4.4 低速永磁直线同步电动机三维磁场分析  65-74
    4.4.1 低速永磁直线同步电动机三维物理模型的建立  65
    4.4.2 数学模型及边界条件  65-68
    4.4.3 MAGNET 三维有限元计算的实现  68-74
  4.5 二维与三维分析结果对比  74-76
  4.6 本章小结  76-78
5 低速永磁直线同步电动机性能仿真  78-88
  5.1 低速永磁直线同步电动机静态特性仿真  78-81
    5.1.1 力-位移特性  78-80
    5.1.2 静态电感特性  80-81
  5.2 低速永磁直线同步电动机动态特性仿真  81-87
    5.2.1 瞬态特性  81-84
    5.2.2 稳态特性  84-87
  5.3 本章小结  87-88
6 结束语  88-90
  6.1 本文主要工作总结  88
  6.2 今后工作展望  88-90
参考文献  90-94
附录Ⅰ  94-96
附录Ⅱ  96-100
附录Ⅲ  100-101
致谢  101

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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