基于ANSYS8.0的永磁直线电机的有限元分
析及计算
摘 要
永磁直线电机是一种具有很高定位精度的新型电机。不同与其他励磁的直线电机，它采用永磁体作为励磁源。研究其磁场分布及力特性具有重要意义。相对于传统的解析法，有限元数值分析可以缩短电机的设计周期及减少设计成本，可对直线电机的磁场及力得出精确的分析。ANSYS8.0是一种在工程中广泛使用的有限元分析软件，采用该软件中的电磁场分析功能对永磁直线电机的磁场进行有限元的分析和计算，并在此分析的基础上对永磁直线电机的力场做进一步的计算和分析，对永磁直线电机的设计具有重要的工程意义。
通过电磁场的有限元数值分析方法，利用通用有限元分析软件ANSYS8.0建立平板型单边永磁直线电机的有限元模型，分析其2维静态磁场，得到初步的分析结果，并在这个分析的基础上对永磁直线电机的力场进行了进一步的分析，计算直线电机的推力和法向力，结合永磁直线电机的静态磁场，研究了永磁直线电机推力及法向力和电流变化的相互关系，对今后永磁直线电机的设计和研究具有一定的参考意义。
关键词
永磁直线电机、有限元、ANSYS、电磁场、推力、法向力
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Finite Element Analysis and Calcultation of a Permanent Magnet
Linear Motor Based on ANSYS8.0
Abstract
The permanent magnet linear motor is a kind of new electrical engineering that has the very high fixed position accuracy.The differents between the permanent linear motor and the type of non-permanent is that it adopts thepermanent be the source of dlux
Opposite in traditional resolution method,Finite element analysis can shorten the design period of the electrical engineering and reduce to the design cost,it also can get the
analysis of a precision tu the magnetic field and fotce of the linear motor the ansys8.0 is a finitr element analvtical software.
Throught the method of the Finite element for the electromagnetic analysis,we use ANSYS8.0 creat a model for the Permanent magnet lineat motor with finite element method.We analysis its 2-D setaic magnetic and get the first result. Then we analysis the force field by finish the analysis of its magetic field We calaulate the thrust and normal force combining the analysis of the permanent magnet linear motor,study the
relationship between thecurrent and thrust,normal force.The work for this paper can give some help and advice to the study and design of the permanent linear motor
Keywords
PMLSM, ANSYS, FEM,Electromagnetic field, thrust, normal force
致 谢
在本次毕业设计的过程中，首先要衷心感谢我的指导老师余佩琼，在这一个学期的的毕业设计期间给于我很多的指导和帮助，在我遇到困难的时候，给了我许多有用的建议和提示。本文的顺利完成，离不开导师的关怀和悉心辅导，再次表示衷心的感谢。
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同时，也感谢学校对毕业生学习工作的关心和支持，使我们能够顺利的进行毕业设计，感谢信息学院给我提供了良好的实验室，感谢学校图书馆及其网络资源，使我能查阅一些非常重要的参考资料。感谢我的朋友，同学对我支持，帮助。
最后感谢所有关心和支持毕业设计的学校领导和工作人员。
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目 录
中文摘要 ............................................................................................................................i 英文摘要 .......................................................................................................................... ii 致谢 ................................................................................................................................. iii 目录 ..................................................................................................................................iv x 表列 ................................................................................................................................... 图列 ................................................................................................................................ xii 1 第一章 绪论 .....................................................................................................................
1.1 直线电机的发展和应用 ................................................................................. 1 1.2 直线电机的分类 ............................................................................................. 3 1.3 直线电机的工作原理 ..................................................................................... 4 1.4 有限元分析及相关软件的介绍 ..................................................................... 5
1.4.1有限元分析简介 ....................................................................................... 7 1.4.2通用有限元软件ANSYS8.0 .................................................................... 7 1.5 课题的主要意义和论文的主要工作 ............................................................... 7
1.5.1课题的主要意义 ....................................................................................... 7 1.5.2论文的主要工作 ....................................................................................... 8
9 第二章 ANSYS 8.0及其在电磁场有限元计算中的应用 .............................................
2.1 电磁场的有限单元法 ..................................................................................... 9
2.1.1 基本方程 ............................................................................................. 9 9 2.1.2 位函数及边界条件 ............................................................................. 2.1.3 有限元法的求解 ............................................................................... 11 2.2 电磁力计算方法 ......................................................................................... 12
2.2.1 虚功法 ............................................................................................... 12 ........................................................................... 12 2.2.2 MAXWELL张量法
2.3 ANSYS有限元建模 .................................................................................... 14 2.4 网格的划分和单元的选定 ......................................................................... 17
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.......................................................................................... 17 2.4.1网格的划分
.......................................................................................... 17 2.4.2单元的选定
2.5 边界条件的加载 ......................................................................................... 18 第3章 永磁直线电机的电磁场有限元仿真分析……………………………………………………………………………………. 20
3.1 永磁直线电机的磁场分析方法概述 ........................................................... 20 3.2 永磁直线电机的磁场有限元仿真模型 ....................................................... 20
3.2.1永磁直线电机的结构 ....................................................................... 20 3.2.2永磁直线电机磁场有限元模型的建立 ........................................... 21 3.3 永磁直线电机的磁场分析…………………………………………………………………………………….………………………………23
23 3.3.1永磁直线电机边端效应 .................................................................. 24 3.3.2永磁直线电机齿槽效应 .................................................................. ................................................................... 24 3.3.3永磁直线电机磁场变化
第4章 永磁直线电机的力场特性的有限元仿真分析……………………………………………………………………… 25
4.1 永磁直线电机的矢量控制 .......................................................................... 25 4.2 推力和法向力与电流的大小的分析 .......................................................... 27 4.2.1推力和法向力与电流的大小关系 ..................................................... 27 4.2.2 推力系数 ........................................................................................... 28
4.3 推力与法向力与电机电流相位的分析 ............................................... 28. 4.3.1推力与法向力电流相位关系 ............................................................. 28
4.4 推力与法向力的波动问题 .......................................................................... 28
4.4.1永磁电机空载时的输出力 ................................................................ .29 4.4.2永磁电机额定电流下的输出力 ......................................................... 31
34 第五章 结论与展望 ..................................................................................................... 35 参考文献 ......................................................................................................................... 36 附录 ANSYS8.0使用说明 .............................................................................................
表列
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