双定子动铁式直线振荡电机的设计与研究

论文摘要

动铁式直线振荡电机是一类新型结构的直线电机,与旋转电机相比,由于取消了中间转换装置从而减少了机械损耗使得效率大大提高,可广泛地应用于需要直线驱动的特殊场合,如应用于振动器、空气压缩机、斯特林制冷机、蠕动泵等往复式直线运动场合。本论文以双定子动铁式直线振荡电机为主要研究对象,在查阅国内外相关文献及前人研究的基础上,研制了一台新型动铁式直线振荡电机样机,通过理论研究、有限元仿真与实验研究相结合的方法,系统地对直线振荡电机的设计与优化及静态、动态特性进行了分析和研究。本论文的主要研究工作概括如下:1.在对一种双定子直线振荡电机分析和研究的基础上,设计了一种双定子动铁式直线振荡电机,并深入分析其工作原理和设计方法。2.基于等效磁路法建立了该电机的等效磁路模型和线性数学模型,推导出电磁推力的表达式,建立了电机的系统方程组,并对其微分方程组进行了数值求解。3.采用有限元方法,对电机磁场及性能参数进行了计算,通过电机的有限元建模分析,得到了电机内部磁力线及磁感应强度的分布图,并建立了电机推力-位移曲线图、电流-位移曲线图。4.建立了直线振荡电机在不同负载情况下的数学模型和仿真模型,并对其进行了分析计算。5.实际加工出一台样机,并对样机的静特性进行了仿真和研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 直线振荡电机的原理与分类
• 1.2.1 直线感应振荡电机
• 1.2.2 直线同步振荡电机
• 1.3 直线振荡电机的特点
• 1.4 直线振荡电机的研究历史与现状
• 1.4.1 直线电机的发展历史
• 1.4.2 国外直线振荡电机的研究历史与现状
• 1.4.3 国内直线振荡电机的研究历史与现状
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 双定子动铁式直线振荡电机结构与原理
• 2.1 双定子动铁式直线振荡电机结构
• 2.2 双定子动铁式直线振荡电机运行原理
• 2.3 双定子动铁式直线振荡电机的机械结构设计
• 2.3.1 机壳设计
• 2.3.2 铁芯设计
• 2.3.3 永磁体设计
• 2.3.4 样机实物图
• 2.5 本章小结
• 第三章 双定子动铁式直线振荡电机的数学模型
• 3.1 磁路模型分析
• 3.1.1 永磁体磁路分析
• 3.1.2 电枢作用时磁路分析
• 3.2 机电能量转换原理
• 3.3 直线振荡电机的等效磁路模型
• 3.4 直线振荡电机的动力学模型
• 3.5 直线振荡电机的电磁系统模型
• 3.6 直线振荡电机的系统方程及结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 双定子动铁式直线振荡电机有限元分析
• 4.1 有限元仿真软件介绍
• 4.2 电磁场问题的有限元求解
• 4.2.1 电磁场方程
• 4.2.2 有限元方法概述
• 4.3 双定子动铁式直线振荡电机二维有限元分析
• 4.3.1 Ansys 电磁场分析流程
• 4.3.2 直线振荡电机的有限元建模
• 4.3.3 电磁场计算结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 双定子动铁式直线振荡电机样机设计
• 5.1 引言
• 5.2 电机结构设计与流程
• 5.3 永磁体的设计
• 5.3.1 最大磁能的永磁体最佳工作点
• 5.3.2 最大有效磁能的永磁体最佳工作点
• 5.4 弹簧共振系统设计
• 5.5 铁芯设计
• 5.5.1 定子铁芯
• 5.5.2 动子铁芯
• 5.6 本章小结
• 第六章 双定子动铁式直线振荡电机系统建模仿真
• 6.1 引言
• 6.2 弹簧受迫振动系统
• 6.3 串联电容的影响
• 6.4 动态特性仿真
• 6.4.1 Simulink 简介
• 6.4.2 仿真与结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本学位论文工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果