径向充磁圆筒型永磁直线电机的有限元分析
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第２ 卷 第 ５ ５ 期
２ １年 ｌ ０１ ０月
文章 编 号 ： ６ ３ ８ ９ （ ０ １ ０ — ３ ８０ １ ７ ． ６ １ ２ １ ） ５０ ７ ． ３
空 军 雷 达 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｒＦｏ ｃ ｄ ｒＡｃ ｄ ｍｙ ｏ ｒ ａ ｆＡｉ ｒ ｅ Ｒａ ａ ａ ｅ
轴 向 均 匀分 布 ， 动 推 力 易 受 到 电 压 波 动 的 影 响 ， 此 其 设 计 与 分 析 的 方 法 与 传 统 的 旋 转 电 机 有 所 不 同． 起 因
以 Ａ ｓｓ 件 为工 具 ， ｎｙ 软 对径 向充磁 圆筒型 直 线 电机 的磁 场 分 布和 电磁 推 力进 行 了计算 ， 将其 计 算 结果 与轴 向充 并
中矫 顽力 设 置 即 可 ， 不必 另 外施 加 激 励 ． 分析 空
载 情 况 时 ， 必 加 载 荷 ； 析 负 载 情 况 时 ， 槽 不 分 在
作 者 简 介 ：吴
强 （９９ ） １６一 ，男 ，副 教 授 ，主 要 从 事 电力 电 子 和 电 力 系 统 仿 真 技 术 研 究
第５ 期
磁 圆筒型永磁直线电机的计算结果进行 了分析比较．结果表明， 径向充磁 圆筒型直线 电机的控制平稳性能更高．
关 键词 ： 向 充磁 ； 径 圆筒型 ； 永磁 直 线 电机 ； 限 元分 析 有
中图分 类号 ：Ｍ３ Ｔ ５
文 献标 志码 ：Ａ
ＤＯ ： ０ ９ ９ ｛ｓ ． ７ ．６ １ ０ １ ５０９ Ｉ１． ６／．ｓ １ ３８９ ． １． ．１ ３ ｉｎ ６ ２ ０
初 级 和 次 级 外 表 面 都 可 近 似 为 零 矢 量 的 等 磁 位 面 ， 直 线 电 机 初 级 外 表 面 施 加 磁 力 线 平 行 条 在 件 ．将 电机 的次 级 以及 次级加 气 隙分 别定 义 为组 件， 给予 电机 次级 组件 施加 力 的标 志 ， 以期 求得 电 机次 级所 受 电磁力 ．施 加耦 合 条件 并剔 除 重复耦 合 点 ．将 会 产 生重 复 耦 合 的点 手 动 剔 除 ， 为 电 再 机施加 气 隙耦合 条件 和周 期 重复耦 合 条件 ．
的等磁 位 面 ； 导体 内 的电流密 度均 匀分 布 ； ③
④ 铁 心 的磁 导 率 是 各 向同性 的 ， 计 磁 滞 效 应 ， 不 同 时也 忽 略 涡 流 效 应 ； 电 机 长 度 为无 限长 ， ⑤ 忽 略边 端效 应 ． 径 向 充 磁 圆 筒 型 直 线 电 机 参 数 如 表 １所 示 ． 在 Ａ ｓｓ 的 几 何 建 模 如 图 １ 示 ． ｎｙ 中 所
的技 术 优 势 和 推 广 价 值 ． 目前 ， 考 虑边 端 效 在 应 时利 用 有 限 和 直接 边 界相 结 合 的方 法 来 计 算 高速 圆筒 直 线感 应 电机 的磁 场分 布 和受 力 ； 三 用 维 有 限元 对 复 合 初 级 和 １个 次 级 的高 速 圆筒 型 直 线 电机 的电磁 场 进行 分 析 ； 用对 称 模 型对 初 利 次 级 的 同轴 高 速 圆筒 型 直 线 感 应 电机 进 行 电磁
收 稿 日 期 ：２ １ －５０ ０ １０ —４
图 ２为 径 向充 磁 圆 筒 型 永 磁 直 线 电机 的二
维 有 限元 剖 分 图 ．
模 型 网格 划 分 结 束 后 ， 要 施 加 载 荷 ． 永 就
磁 直 线 电 机 由 永 磁 体 作 为 激 励 源 ， 过 材 料 特 性 通
初级 内径 （ Ｄ）
不 锈钢 轴直径 （ ） Ｄ０ 次级外径
永 磁体厚 度 （ ） ｂ
初级外 径 （ ） Ｄ 胶 木 厚 度 槽 深 槽 宽
场 分 析 ， 算 其 电 磁 推 力 ， 电 机 进 行 优 化 设 计 对
计 ； 有 限元 分 析 超导 交 流绕 组 的高 速 圆筒 型直 用 绕 感应 电 机 ， 优 化 初 级 电流 分 布 ； 二 维有 限 并 用 元 考虑 电 机气 隙 的非 线 性 方 法 硎 ．本 文 以 Ａ ｓｓ ｎｙ
Ｖ．． ５ Ｎｏ ５ ０ ２ １ ．
０ｃ ．２０１ ｔ １
径 向充磁 圆筒 型 永磁 直 线 电机 的有 限元 分 析
吴 强 ， 熊 浩 ， 让余 奇 ， 李槐树
（ 海军． 程大学电气－ Ｔ － ９信息工程学院，武汉 ４０ ３ ） ３０ ３
摘
要： 圆筒 型永磁 直线 电机 作 为 线性 驱 动装 置 ， 需要 从 旋 转运 动 到 直 线运 动 的机 械 结构 转 换 ， 同时磁 场 沿
祁 ∞
鼹 Ｍ
ｍ
软件 为 工 具 ， ２种充 磁 圆筒 型直 线 电机 的磁 场 对
分 布 和 电磁推 力 进 行 计算 ， 将 ２ 电机 的计 算 并 种
结 果 进行 比较 ．
１ 电机 参 数 与 几何 建 模
为 了对 径 向充 磁 圆筒 型 直 线 电 机 的 结 构进
图 １ 径 向 充 磁 圆 筒 型 永 磁 直 线 电 机 的 几 何 模 型
行 分 析 ｆ１作 如 下 假 设 ： 磁 场 沿 轴 向均 匀 分 ３， － ６ ①
２ 有 限元 分 析 的 过 程和 结果
２１ 磁 场 分 析 ．
布 ； 电 机 外 壳 以 外 的 磁 场 很 弱 ， 以 忽 略 不 ② 可
计 ， 此 ， 级 和 次级 外 表 面都 可 近 似 为零 矢 量 因 初
吴 强 ， 径向充磁 圆筒型永磁直线电机的有限元分析 等：
３９ ７
内 区 域 加 负 载 电 流 ． 在 此 取 额 定 状 态 ， 绕 组 加 给 上 电 流 密 度 ． 对 于 边 界 约 束 问 题 ， 设 ② 认 为 电 假 机 外 壳 以外 的磁 场 很 弱 ， 以 忽 略 不 计 ， 此 ， 可 因
圆筒 型 永 磁 直 线 电机 结 合 了直 线 电 机 和永 磁 电机 两 者 的 优 点 ， 有 体 积 小 、 力 大 、 具 推 功率
表 １径 向充磁 圆筒型直 线 电机参数
参 数
极距 （） ｒ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
取值／ ／ ｍｉ １
因 数 高 等 特 点 ， 其 在 工 业 自动 化 、 械 、 事 使 机 军 等 各种 往 复 直 线运 动应 用 场合 均具 有 较 为 明显
２ １年 ｌ ０１ ０月
文章 编 号 ： ６ ３ ８ ９ （ ０ １ ０ — ３ ８０ １ ７ ． ６ １ ２ １ ） ５０ ７ ． ３
空 军 雷 达 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｒＦｏ ｃ ｄ ｒＡｃ ｄ ｍｙ ｏ ｒ ａ ｆＡｉ ｒ ｅ Ｒａ ａ ａ ｅ
轴 向 均 匀分 布 ， 动 推 力 易 受 到 电 压 波 动 的 影 响 ， 此 其 设 计 与 分 析 的 方 法 与 传 统 的 旋 转 电 机 有 所 不 同． 起 因
以 Ａ ｓｓ 件 为工 具 ， ｎｙ 软 对径 向充磁 圆筒型 直 线 电机 的磁 场 分 布和 电磁 推 力进 行 了计算 ， 将其 计 算 结果 与轴 向充 并
中矫 顽力 设 置 即 可 ， 不必 另 外施 加 激 励 ． 分析 空
载 情 况 时 ， 必 加 载 荷 ； 析 负 载 情 况 时 ， 槽 不 分 在
作 者 简 介 ：吴
强 （９９ ） １６一 ，男 ，副 教 授 ，主 要 从 事 电力 电 子 和 电 力 系 统 仿 真 技 术 研 究
第５ 期
磁 圆筒型永磁直线电机的计算结果进行 了分析比较．结果表明， 径向充磁 圆筒型直线 电机的控制平稳性能更高．
关 键词 ： 向 充磁 ； 径 圆筒型 ； 永磁 直 线 电机 ； 限 元分 析 有
中图分 类号 ：Ｍ３ Ｔ ５
文 献标 志码 ：Ａ
ＤＯ ： ０ ９ ９ ｛ｓ ． ７ ．６ １ ０ １ ５０９ Ｉ１． ６／．ｓ １ ３８９ ． １． ．１ ３ ｉｎ ６ ２ ０
初 级 和 次 级 外 表 面 都 可 近 似 为 零 矢 量 的 等 磁 位 面 ， 直 线 电 机 初 级 外 表 面 施 加 磁 力 线 平 行 条 在 件 ．将 电机 的次 级 以及 次级加 气 隙分 别定 义 为组 件， 给予 电机 次级 组件 施加 力 的标 志 ， 以期 求得 电 机次 级所 受 电磁力 ．施 加耦 合 条件 并剔 除 重复耦 合 点 ．将 会 产 生重 复 耦 合 的点 手 动 剔 除 ， 为 电 再 机施加 气 隙耦合 条件 和周 期 重复耦 合 条件 ．
的等磁 位 面 ； 导体 内 的电流密 度均 匀分 布 ； ③
④ 铁 心 的磁 导 率 是 各 向同性 的 ， 计 磁 滞 效 应 ， 不 同 时也 忽 略 涡 流 效 应 ； 电 机 长 度 为无 限长 ， ⑤ 忽 略边 端效 应 ． 径 向 充 磁 圆 筒 型 直 线 电 机 参 数 如 表 １所 示 ． 在 Ａ ｓｓ 的 几 何 建 模 如 图 １ 示 ． ｎｙ 中 所
的技 术 优 势 和 推 广 价 值 ． 目前 ， 考 虑边 端 效 在 应 时利 用 有 限 和 直接 边 界相 结 合 的方 法 来 计 算 高速 圆筒 直 线感 应 电机 的磁 场分 布 和受 力 ； 三 用 维 有 限元 对 复 合 初 级 和 １个 次 级 的高 速 圆筒 型 直 线 电机 的电磁 场 进行 分 析 ； 用对 称 模 型对 初 利 次 级 的 同轴 高 速 圆筒 型 直 线 感 应 电机 进 行 电磁
收 稿 日 期 ：２ １ －５０ ０ １０ —４
图 ２为 径 向充 磁 圆 筒 型 永 磁 直 线 电机 的二
维 有 限元 剖 分 图 ．
模 型 网格 划 分 结 束 后 ， 要 施 加 载 荷 ． 永 就
磁 直 线 电 机 由 永 磁 体 作 为 激 励 源 ， 过 材 料 特 性 通
初级 内径 （ Ｄ）
不 锈钢 轴直径 （ ） Ｄ０ 次级外径
永 磁体厚 度 （ ） ｂ
初级外 径 （ ） Ｄ 胶 木 厚 度 槽 深 槽 宽
场 分 析 ， 算 其 电 磁 推 力 ， 电 机 进 行 优 化 设 计 对
计 ； 有 限元 分 析 超导 交 流绕 组 的高 速 圆筒 型直 用 绕 感应 电 机 ， 优 化 初 级 电流 分 布 ； 二 维有 限 并 用 元 考虑 电 机气 隙 的非 线 性 方 法 硎 ．本 文 以 Ａ ｓｓ ｎｙ
Ｖ．． ５ Ｎｏ ５ ０ ２ １ ．
０ｃ ．２０１ ｔ １
径 向充磁 圆筒 型 永磁 直 线 电机 的有 限元 分 析
吴 强 ， 熊 浩 ， 让余 奇 ， 李槐树
（ 海军． 程大学电气－ Ｔ － ９信息工程学院，武汉 ４０ ３ ） ３０ ３
摘
要： 圆筒 型永磁 直线 电机 作 为 线性 驱 动装 置 ， 需要 从 旋 转运 动 到 直 线运 动 的机 械 结构 转 换 ， 同时磁 场 沿
祁 ∞
鼹 Ｍ
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软件 为 工 具 ， ２种充 磁 圆筒 型直 线 电机 的磁 场 对
分 布 和 电磁推 力 进 行 计算 ， 将 ２ 电机 的计 算 并 种
结 果 进行 比较 ．
１ 电机 参 数 与 几何 建 模
为 了对 径 向充 磁 圆筒 型 直 线 电 机 的 结 构进
图 １ 径 向 充 磁 圆 筒 型 永 磁 直 线 电 机 的 几 何 模 型
行 分 析 ｆ１作 如 下 假 设 ： 磁 场 沿 轴 向均 匀 分 ３， － ６ ①
２ 有 限元 分 析 的 过 程和 结果
２１ 磁 场 分 析 ．
布 ； 电 机 外 壳 以 外 的 磁 场 很 弱 ， 以 忽 略 不 ② 可
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吴 强 ， 径向充磁 圆筒型永磁直线电机的有限元分析 等：
３９ ７
内 区 域 加 负 载 电 流 ． 在 此 取 额 定 状 态 ， 绕 组 加 给 上 电 流 密 度 ． 对 于 边 界 约 束 问 题 ， 设 ② 认 为 电 假 机 外 壳 以外 的磁 场 很 弱 ， 以 忽 略 不 计 ， 此 ， 可 因
圆筒 型 永 磁 直 线 电机 结 合 了直 线 电 机 和永 磁 电机 两 者 的 优 点 ， 有 体 积 小 、 力 大 、 具 推 功率
表 １径 向充磁 圆筒型直 线 电机参数
参 数
极距 （） ｒ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
取值／ ／ ｍｉ １
因 数 高 等 特 点 ， 其 在 工 业 自动 化 、 械 、 事 使 机 军 等 各种 往 复 直 线运 动应 用 场合 均具 有 较 为 明显