基于ansys8.0的永磁直线电机的有限元分析及计算.doc
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基于ansys8.0的永磁直线电机的有限元分析及计算,基于ansys8.0的永磁直线电机的有限元分析及计算页数 50 字数 19240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...
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基于ANSYS8.0的永磁直线电机的有限元分析及计算
页数 50 字数 19240
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
目 录
中文摘要 i
英文摘要 ii
致谢 iii
目录 iv
表列 x
图列 xii
第一章 绪论 1
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
第二章 ANSYS 8.0及其在电磁场有限元计算中的应用 9
2.1 电磁场的有限单元法 9
2.1.1 基本方程 9
2.1.2 位函数及边界条件 9
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
2.2.2 MAXWELL张量法 12
2.3 ANSYS有限元建模 14
2.4 网格的划分和单元的选定 17
2.4.1网格的划分 17
2.4.2单元的选定 17
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
3.3.1永磁直线电机边端效应 23
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 24
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
第五章 结论与展望 34
参考文献 35
附录 ANSYS8.0使用说明 36
表列
表2－1 材料特性 14
表2－2 可选择单元类型 17
表3－1 永磁直线电机参数 21
表4－1 推力和法向力随电流大小变化数据 28
表4－2 推力和法向力随电流相位变化数据 30
表4－3 空载时推力和法向力波动变化数据 31
表4－4 额定电流下推力和法向力波动变化 32
参考文献
[1]王伟进 直线电机的发展与应用概述 微电机 2004 vol.37 No.8 45
[2]S.A.纳斯尔,I.波尔达.直线电机.科学出版社.1982.
[3]刘利.直线电机技术动向.自动化博览 1994年01期 25.
[4]叶云岳 直线电机原理与应用[M] 机械工业出版社 2000
[5]夏加宽,王成元,李皞东,黄伟.高精度数控机床用直线电机端部效应分析及神经网络补偿技术研究.中国电机工程学报.2003 Vol.23 No.8 100-104.
页数 50 字数 19240
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
目 录
中文摘要 i
英文摘要 ii
致谢 iii
目录 iv
表列 x
图列 xii
第一章 绪论 1
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
第二章 ANSYS 8.0及其在电磁场有限元计算中的应用 9
2.1 电磁场的有限单元法 9
2.1.1 基本方程 9
2.1.2 位函数及边界条件 9
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
2.2.2 MAXWELL张量法 12
2.3 ANSYS有限元建模 14
2.4 网格的划分和单元的选定 17
2.4.1网格的划分 17
2.4.2单元的选定 17
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
3.3.1永磁直线电机边端效应 23
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 24
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
第五章 结论与展望 34
参考文献 35
附录 ANSYS8.0使用说明 36
表列
表2－1 材料特性 14
表2－2 可选择单元类型 17
表3－1 永磁直线电机参数 21
表4－1 推力和法向力随电流大小变化数据 28
表4－2 推力和法向力随电流相位变化数据 30
表4－3 空载时推力和法向力波动变化数据 31
表4－4 额定电流下推力和法向力波动变化 32
参考文献
[1]王伟进 直线电机的发展与应用概述 微电机 2004 vol.37 No.8 45
[2]S.A.纳斯尔,I.波尔达.直线电机.科学出版社.1982.
[3]刘利.直线电机技术动向.自动化博览 1994年01期 25.
[4]叶云岳 直线电机原理与应用[M] 机械工业出版社 2000
[5]夏加宽,王成元,李皞东,黄伟.高精度数控机床用直线电机端部效应分析及神经网络补偿技术研究.中国电机工程学报.2003 Vol.23 No.8 100-104.
