本文關(guān)鍵詞：高性能無鐵芯永磁同步直線電機電磁耦合分析與研究

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【摘要】：無鐵芯永磁同步直線電機(Ironless Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, ILPMLSM)由于不存在由中間環(huán)節(jié)導(dǎo)致的反向間隙、慣性較大、摩擦力較大和剛度不足等問題,因此系統(tǒng)剛度更好,慣性更小,動態(tài)性能更優(yōu)。然而,ILPMLSM存在由永磁體消耗過大、電機次級加工和安裝困難等因素導(dǎo)致的電機成本較高,以及由于氣隙高度和寬度限制使得電機推力密度相對較低的問題。這些因素影響該類型電機推廣到更加廣泛的工業(yè)實際應(yīng)用中。本文主要圍繞ILPMLSM推力密度相對較低和制造成本較高兩個方面的問題,展開U型ILPMLSM電機本體的理論研究和設(shè)計優(yōu)化工作。主要工作如下：1、為解決電機推力密度較低和成本較高的問題,本文展開了直線電機的磁場理論分析和優(yōu)化工作,并運用有限元計算和實驗檢測對結(jié)果進行分析驗證。2、從最根本的電機氣隙磁場研究入手,采用基于傅里葉變換和等效磁化電流相結(jié)合的耦合磁場分層分析方法,建立統(tǒng)一的分析模型,進行耦合磁場理論求解,指導(dǎo)電機的初步設(shè)計。基于ANSYS對耦合磁場進行仿真分析,結(jié)果表明本文引入的耦合磁場理論分析求解方法是有效的、準(zhǔn)確的。3、根據(jù)上述理論分析結(jié)果,將電機氣隙磁感應(yīng)強度和永磁體體積作為電機次級結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中需要優(yōu)化的目標(biāo)參數(shù),選取電機的尺寸參數(shù)作為設(shè)計變量,使用MATLAB遺傳算法工具箱求解上述多目標(biāo)優(yōu)化問題,得出優(yōu)化分析結(jié)果。借助Workbench電磁分析模塊對電機優(yōu)化結(jié)果進行三維建模、分析和求解,結(jié)果表明了該優(yōu)化算法應(yīng)用于該電機的多目標(biāo)優(yōu)化和參數(shù)選擇的有效性和準(zhǔn)確性。4、分析研究次級零部件制造和安裝工藝,設(shè)計電機次級裝配專用夾具。并完成實驗樣機的設(shè)計和試制,進行樣機實驗,驗證了理論分析和優(yōu)化結(jié)果的有效性。綜上所述,本文的磁場理論分析和優(yōu)化設(shè)計研究,突破了ILPMLSM推力密度相對較低、成本高的關(guān)鍵技術(shù)難題,提升了推力密度和降低了成本,加快了直線電機的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,對U型ILPMLSM的后續(xù)設(shè)計和研發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步直線電機 氣隙磁場分布 耦合磁場分析 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計 樣機實驗
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM359.4
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 課題來源16
• 1.2 課題研究背景與目的16-20
• 1.2.1 課題背景16-19
• 1.2.2 課題研究目的與意義19-20
• 1.3 國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀20-23
• 1.3.1 國外研究與發(fā)展現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 國內(nèi)研究與發(fā)展現(xiàn)狀21-23
• 1.4 無鐵芯永磁同步直線電機磁場理論分析現(xiàn)狀23-24
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容24-25
• 1.6 本章小結(jié)25-26
• 第二章 電機結(jié)構(gòu)原理和電磁場分析26-39
• 2.1 U型無鐵芯永磁同步直線電機原理26-27
• 2.2 U型無鐵芯永磁同步直線電機結(jié)構(gòu)27-28
• 2.3 直線電機的磁場計算方法28-29
• 2.4 U型無鐵芯永磁同步直線電機的磁場耦合分析29-38
• 2.4.1 基于等效磁化電流的永磁體氣隙磁場的理論分析30-34
• 2.4.2 基于傅里葉級數(shù)的電樞相電流的氣隙磁場理論分析34-37
• 2.4.3 行波磁場的耦合分析37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 基于ANSYS的電機磁場的有限元仿真分析39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 有限元求解的電磁場理論基礎(chǔ)39-42
• 3.2.1 麥克斯韋方程組39-41
• 3.2.2 電磁場的常見邊界條件41-42
• 3.3 有限元分析與求解42-49
• 3.3.1 創(chuàng)建物理環(huán)境43-45
• 3.3.2 建立模型,賦予特性,網(wǎng)格劃分45-46
• 3.3.3 加邊界條件和載荷46-47
• 3.3.4 求解47
• 3.3.5 查看計算結(jié)果47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 基于遺傳算法的電機磁場優(yōu)化設(shè)計50-65
• 4.1 遺傳算法簡介50-55
• 4.1.1 遺傳算法基本原理50-51
• 4.1.2 遺傳算法與傳統(tǒng)優(yōu)化算法對比51-53
• 4.1.3 遺傳算法的基本步驟53-55
• 4.2 U型無鐵芯永磁同步直線電機優(yōu)化模型設(shè)計55-59
• 4.2.1 建立優(yōu)化模型55-57
• 4.2.2 基于遺傳算法的電機優(yōu)化模型求解57-59
• 4.3 基于WORKBENCH的電機優(yōu)化結(jié)果三維有限元仿真驗證59-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 第五章 直線電機次級結(jié)構(gòu)的工藝性分析65-74
• 5.1 引言65
• 5.2 次級零件制造工藝性分析65-71
• 5.2.1 永磁體的制造工藝性分析65-69
• 5.2.2 背鐵的制造工藝分析69-71
• 5.3 電機安裝夾具設(shè)計71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第六章 電機樣機實驗分析與驗證74-77
• 6.1 直線電機樣機74
• 6.2 實驗方案設(shè)計與結(jié)果分析74-76
• 6.3 本章小結(jié)76-77
• 第七章 結(jié)論與展望77-79
• 7.1 結(jié)論77-78
• 7.2 展望78-79
• 參考文獻79-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況83

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本文編號：1031156