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第三章 永磁直线电机的电磁场有限元仿真分析 3.1永磁直线电机的磁场分析方法概述 与其他电励磁直线电机不同，永磁直线电机采用永磁体励磁产生励磁磁场。永磁体在电机中即是磁源，又是磁路的组成部分。因为永磁体制造工艺，电机其他材料和磁路结构复杂，使永磁直线电磁计算的复杂性增加，计算结果的准确性降低。 有时为了简化分析计算，目前在许多工程问题中仍常采用场化路的方法，将空间实际存在的不均匀分布的磁场转化为转化成等效的多段磁路来进行分析。由于直线电机与传统直线电机在结构上存在较大的差别，加之其饱和特性，以路的观点进行电机性能理论的分析就又很大的局限性。相反，利用电机电磁场理论和有限元法进行直线电机电磁场分析与计算，以场的观点，全面，系统地分析电机的性能，以便进行电机的设计，性能分析及仿真计算，具有明显的优势。 电机电磁场数值分析主要采用有限元法、边界元法、有限差分法，其中，最有效，用途最广泛的时有限元法，与其他方法相比，有限元法具有以下优点： 1．处理第二类边界条件和内媒质边界条件非常方便，对于由多种材料组成，内部具有较多媒质分界面的电机电磁场来说，非常实用。 2．几何划分灵活，适合解决电机这类几何形状复杂的问题。 3．可较好的处理非线性问题。 对于永磁直线电机，存在永磁材料和非线性铁磁材料，结构较为复杂，采用普通电机分析方法很难得到准确的结果。而采用有限元分析方法进行研究，如果能建立适当的有限元模型，就能够得到准确的结果，如推力，感应电势等。 3.2永磁直线电机的磁场有限元仿真模型 3.2.1永磁直线电机的结构参数 本研究采用的永磁直线电机为短初级型单边结构。样机的相关参数如表3-1所示，图3-1为永磁直线电机的结构图。图3-2为绕组连接示意。 图3-1 永磁直线电机的结构图 根据图3-2，将电机线圈分成以下几组，以方便电流的加载。 A相：1,3,14,16 材料号3 Phase Angel 0度 2,4,13,15 材料号4 Phase Angel 180度 B相：9,11,22,24 材料号5 Phase Angel -120度 10,12,21,23 材料号6 Phase Angel 60度 C相：6,8,17,19 材料号7 Phase Angel 120度 5,7,18,20 材料号8 Phase Angel 300度 表3－1 永磁直线电机参数
3.3永磁直线电机的磁场分析 3.3.1永磁直线电机的端部效应 直线电机所特有的端部效应使引起直线电机推力波动的主要因素。它可分为纵向端部效应和横向端部效应两类。 纵向端部效应 纵向端部效应是由于绕组和铁心为有限长而引起的特殊现象。它又可细分为静态纵向端部效应和动态纵向端部效应。静态纵向端部效应对于直线电机的影响最大，以后可简称为端部效应。 静态纵向端部效应会增加直线电动机的附加损耗，降低直线电动机的效率和引起推力波动。 动态纵向端部效应是由于有限长的初级和无限长的次级之间的移动而产生的。动态纵向端部效应会使直线电机的端部气隙磁场更加畸变，这使静态纵向端部效应加强。它也回增加电动机的附加损耗，降低效率和引起推力的波动。 横向端部效应 直线电动机的初级和次级的宽度都是有限长的，通常次级比初级宽一些，这种特点产 生的影响为横向端部效应。 横向端部效应使次级的电阻率增加，以及在次级上产生不稳定的偏心力。 对于永磁直线电机，由于短初级纵向端部及次级永磁体的存在，即使在电机绕组不通以电流的情况下，也存在着明显的纵向端部效应力，称为空载端部效应力。而它是引起推力特性波动的主要成分。空载端部效应力与短初级铁心几何尺寸，端部长度，气隙长度，电机极距，永磁体极宽等诸多因素相关。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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