CN107579643B - 一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法 - Google Patents

一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107579643B
CN107579643B CN201711067779.9A CN201711067779A CN107579643B CN 107579643 B CN107579643 B CN 107579643B CN 201711067779 A CN201711067779 A CN 201711067779A CN 107579643 B CN107579643 B CN 107579643B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
permanent magnet
motor
magnetic
rotor position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711067779.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107579643A (zh
Inventor
陈昊
李志雄
闫文举
孔静凯
朱彧姝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201711067779.9A priority Critical patent/CN107579643B/zh
Publication of CN107579643A publication Critical patent/CN107579643A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107579643B publication Critical patent/CN107579643B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

本发明公开一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法，由圆筒型永磁直线电机的非导磁环中心线与铁磁环的中心线对齐的动子位置x 0、定子套筒前边缘与永磁体前边缘对齐的动子位置x 1、定子套筒的后边缘与永磁体后边缘对齐的动子位置x 2、非导磁环中心线与永磁体中心线对齐的动子位置x 3四种磁路中各磁阻分量的全部计算公式组合构成单相圆筒型永磁直线电机的二维磁路模型，无需采用电机电磁场有限元法计算电机的磁特性，计算快，能实现单相圆筒永磁直线电机系统快速设计、实时仿真与实时控制，具有良好的工程应用价值。

Description

一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法
技术领域
本发明涉及一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法，具体涉及到一种永磁电机的二维磁路建模方法。
背景技术
随着科技的进步，对直线电机要求的场合越来越多，永磁直线电机具有效率高，出力密度大等优点，相对于平面型永磁直线电机，圆筒型永磁直线电机有两个固有优势。一是圆筒型定子外壳套筒和圆筒型动子套筒能产生更大的出力体积比，二是圆筒型永磁直线电机在横向上没有缺口，因此磁场将沿着圆周方向有序分布，这意味着圆筒型永磁直线电机的性能不会受到横向端部效应的影响。但由于圆筒型永磁直线电机的磁特性比较复杂，造成其模型的高度非线性，数学解析模型复杂。目前圆筒型永磁直线电机磁特性主要是采用电机电磁场有限元方法计算出圆筒型永磁直线电机的磁化特性，且二维有限元电磁场计算难以全面揭示圆筒型永磁直线电机的磁特性，往往需要三维有限元电磁场计算圆筒型永磁直线电机的磁化特性，有限元电磁场计算时间长、所占的计算存储空间大，特别是三维有限元电磁场计算时间更长、所占的计算存储空间更大，使得圆筒型永磁直线电机的计算分析周期长，有限元法建立的圆筒型永磁直线电机磁化特性模型难以实现圆筒型永磁直线电机系统快速设计、实时仿真与实时控制。
发明内容
针对上述技术中存在的问题，本发明提出一种快速、相对准确的单相圆筒型永磁直线电机的二维磁路建模方法。
为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法，圆筒型永磁直线电机磁路经过定子齿、气隙、动子铁磁环、动子永磁体、铁磁环、气隙、定子齿、定子轭部闭合，有四个动子位置的四种磁路，四个动子位置为电机轴向截面非导磁环中心线与电机轴向截面铁磁环的中心线对齐的动子位置x0、定子套筒前边缘与永磁体前边缘对齐的动子位置x1、定子套筒的后边缘与永磁体后边缘对齐的动子位置x2、电机轴向截面非导磁环中心线与电机轴向截面永磁体中心线对齐的动子位置x3。
在动子位置x0处，气隙磁阻分量Rg是
式中g、d1和w3分别为气隙长度、动子外径和定子齿宽度，μ0是空气的相对磁导率。
定子轭磁阻分量Rsy是
式中w4、h1和D1分别为是定子槽宽度、定子轭部厚度和定子外径，μsy是定子轭磁阻分量Rsy的相对磁导率。
定子齿磁阻分量Rsp是
式中μsp是定子齿磁阻分量Rsp的相对磁导率，h2和D2分别为定子槽深度和定子内径。
动子铁磁环磁阻分量Rrm是
式中μrm是动子齿磁阻分量Rrm的相对磁导率，d2和w2分别为动子内径和动子铁磁环宽度。
动子永磁体磁阻分量Rpm是
式中μpm是动子轭磁阻分量Rpm的相对磁导率，w1为永磁体宽度。
电机定子绕组上匝链的磁动势分量Fw和永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fw＝Nph·I (6)
Fpm＝Hc·w4 (7)
其中，Nph、I和Hc分别为相绕组匝数，相电流和永磁体的矫顽力。
此时电机上主磁通是
在定子套筒前边缘与永磁体前边缘对齐的动子位置x1处，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝Hc·w4 (10)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同。
在定子套筒的后边缘与永磁体后边缘对齐的动子位置x2处，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝3Hc·w4/4 (12)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同。
在非导磁环中心线与永磁体中心线对齐的动子位置x3处，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝Hc·w4/2 (14)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同。
由上述四个动子位置的四种磁路中各磁阻分量的全部计算公式组合构成圆筒型永磁直线电机的二维磁路模型。
有益效果：本发明对单相结构的圆筒型永磁直线电机适用。单相圆筒型永磁直线电机有四个特殊动子位置，即单相圆筒型永磁直线电机的电机轴向截面非导磁环中心线与电机轴向截面铁磁环的中心线对齐的动子位置x0、定子套筒前边缘与永磁体前边缘对齐的动子位置x1、定子套筒的后边缘与永磁体后边缘对齐的动子位置x2、电机轴向截面非导磁环中心线与电机轴向截面永磁体中心线对齐的动子位置x3。由上述四个动子位置的四种磁路中各磁阻分量的全部计算公式组合构成圆筒型永磁直线电机的二维磁路模型，无需采用电机电磁场有限元法计算电机的磁特性，计算快，能实现圆筒型永磁直线电机系统快速设计、实时仿真与实时控制，具有良好的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明的单相圆筒永磁直线电机结构尺寸图。
图2是本发明的单相圆筒永磁直线电机对齐位置的磁力线分布图。
图3是本发明的单相圆筒永磁直线电机二维等效磁路模型图。
图4是本发明的单相圆筒永磁直线电机动子位置x0处示意图。
图5是本发明的单相圆筒永磁直线电机动子位置x1处示意图。
图6是本发明的单相圆筒永磁直线电机动子位置x2处示意图。
图7是本发明的单相圆筒永磁直线电机动子位置x3处示意图。
图8是本发明的单相圆筒永磁直线电机的四个位置的磁链特性图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明以一台单相圆筒永磁直线电机为例，其结果尺寸图如图1所示。根据单相圆筒永磁直线电机不同位置的磁力线分布，其x0位置的磁力线分布图如图2所示，得到单相圆筒型永磁直线电机的等效磁路模型如图3所示。
在动子位置x0处，对应位置示意图如图4所示，气隙磁阻分量Rg是
式中g、d1和w3分别为气隙长度、动子外径和定子齿宽度，μ0是空气的相对磁导率。
定子轭磁阻分量Rsy是
式中w4、h1和D1分别为是定子槽宽度、定子轭部厚度和定子外径，μsy是定子轭磁阻分量Rsy的相对磁导率。
定子齿磁阻分量Rsp是
式中μsp是定子齿磁阻分量Rsp的相对磁导率，h2和D2分别为定子槽深度和定子内径。
动子铁磁环磁阻分量Rrm是
式中μrm是动子齿磁阻分量Rrm的相对磁导率，d2和w2分别为动子内径和动子铁磁环宽度。
动子永磁体磁阻分量Rpm是
式中μpm是动子轭磁阻分量Rpm的相对磁导率，w1为永磁体宽度。
电机定子绕组上匝链的磁动势分量Fw和永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fw＝Nph·I (6)
Fpm＝Hc·w4 (7)
其中，Nph、I和Hc分别为相绕组匝数，相电流和永磁体的矫顽力。
此时电机上主磁通是
在定子套筒前边缘与永磁体前边缘对齐的动子位置x1处，对应位置示意图如图5所示，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝Hc·w4 (10)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同。
在定子套筒的后边缘与永磁体后边缘对齐的动子位置x2处，对应位置示意图如图6所示，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝3Hc·w4/4 (12)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同。
在非导磁环中心线与永磁体中心线对齐的动子位置x3处，对应位置示意图如图7所示，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝Hc·w4/2 (14)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同。
由上述四个动子位置的四种磁路中各磁阻分量的全部计算公式组合构成圆筒型永磁直线电机的二维磁路模型。
通过编程计算的四个位置的磁链特性图如图8所示，由图可知，通过二维磁路建模方法计算得到的四个位置的磁链特性与实验及其有限元结果吻合较好，验证的本方法的可行性及准确性。

Claims (1)

1.一种圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法，圆筒型永磁直线电机磁路经过定子齿、气隙、动子铁磁环、动子永磁体、铁磁环、气隙、定子齿、定子轭部闭合，有四个动子位置的四种磁路，其特征在于：
(a)四个动子位置是：电机轴向截面非导磁环中心线与电机轴向截面铁磁环的中心线对齐的动子位置x0、定子套筒前边缘与永磁体前边缘对齐的动子位置x1、定子套筒的后边缘与永磁体后边缘对齐的动子位置x2、电机轴向截面非导磁环中心线与电机轴向截面永磁体中心线对齐的动子位置x3；
(b)在动子位置x0处，气隙磁阻分量Rg是
式中g、d1和w3分别为气隙长度、动子外径和定子齿宽度，μ0是空气的相对磁导率；
定子轭磁阻分量Rsy是
式中w4、h1和D1分别为是定子槽宽度、定子轭部厚度和定子外径，μsy是定子轭磁阻分量Rsy的相对磁导率；
定子齿磁阻分量Rsp是
式中μsp是定子齿磁阻分量Rsp的相对磁导率，h2和D2分别为定子槽深度和定子内径；
动子铁磁环磁阻分量Rrm是
式中μrm是动子齿磁阻分量Rrm的相对磁导率，d2和w2分别为动子内径和动子铁磁环宽度；
动子永磁体磁阻分量Rpm是
式中μpm是动子轭磁阻分量Rpm的相对磁导率，w1为永磁体宽度；
电机定子绕组上匝链的磁动势分量Fw和永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fw＝Nph·I (6)
Fpm＝Hc·w4 (7)
其中，Nph、I和Hc分别为相绕组匝数，相电流和永磁体的矫顽力；
此时电机上主磁通是
(c)在定子套筒前边缘与永磁体前边缘对齐的动子位置x1处，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝Hc·w4 (10)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同；
(d)在定子套筒的后边缘与永磁体后边缘对齐的动子位置x2处，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝3Hc·w4/4 (12)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同；
(e)在非导磁环中心线与永磁体中心线对齐的动子位置x3处，气隙磁阻分量Rg计算是
永磁体产出的永磁磁动势Fpm是
Fpm＝Hc·w4/2 (14)
定子齿磁阻分量Rsp、定子轭磁阻分量Rsy、动子铁磁环磁阻分量Rrm、动子永磁体磁阻分量Rpm、电机定子绕组上匝链的磁动势分量F、电机上主磁通计算公式与动子位置x0处相同；
由上述四个动子位置的四种磁路中各磁阻分量的全部计算公式组合构成圆筒型永磁直线电机的二维磁路模型。
CN201711067779.9A 2017-11-03 2017-11-03 一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法 Active CN107579643B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711067779.9A CN107579643B (zh) 2017-11-03 2017-11-03 一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711067779.9A CN107579643B (zh) 2017-11-03 2017-11-03 一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107579643A CN107579643A (zh) 2018-01-12
CN107579643B true CN107579643B (zh) 2019-08-09

Family

ID=61040531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711067779.9A Active CN107579643B (zh) 2017-11-03 2017-11-03 一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107579643B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108363858B (zh) * 2018-02-05 2021-04-27 东南大学 基于极坐标转换的圆筒直线振荡电机磁场确定方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5484861B2 (ja) * 2009-01-07 2014-05-07 山洋電気株式会社 リニアモータ
CN203406765U (zh) * 2013-07-10 2014-01-22 蔡炯炯 一种多齿结构的开关磁链直线电动机
CN105868485A (zh) * 2016-04-08 2016-08-17 中国矿业大学 一种开关磁阻直线电机磁路建模方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107579643A (zh) 2018-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Azzouzi et al. Quasi-3-D analytical modeling of the magnetic field of an axial flux permanent-magnet synchronous machine
Tiegna et al. Overview of analytical models of permanent magnet electrical machines for analysis and design purposes
Meessen et al. General formulation of fringing fields in 3-D cylindrical structures using Fourier analysis
Kremers et al. Relative permeability in a 3D analytical surface charge model of permanent magnets
Seo et al. Analysis of overhang effect for a surface-mounted permanent magnet machine using a lumped magnetic circuit model
Shin et al. Proposal of double-sided transverse flux linear synchronous motor and a simplified design for maximum thrust in nonsaturation region
Chen et al. Flux characteristics analysis of a double-sided switched reluctance linear machine under the asymmetric air gap
Stuebig et al. Comparison of calculation methods for hybrid stepping motors
CN107579643B (zh) 一种单相圆筒型永磁直线电机二维磁路建模方法
Lee et al. A novel methodology for the demagnetization analysis of surface permanent magnet synchronous motors
Chen et al. 3-D electromagnetic analysis of single-phase tubular switched reluctance linear launcher
Schroder et al. Analytical modeling of manufacturing tolerances for surface mounted permanent magnet synchronous machines
Lee et al. Computation of inductance and static thrust of a permanent-magnet-type transverse flux linear motor
Magdaleno-Adame et al. Calculation of the remnant magnetization and magnetic saturation characteristics for sintered NdFeB permanent magnets utilizing finite element transient simulations
CN107844647B (zh) 一种单相圆筒型开关磁阻直线电机二维磁路建模方法
Park et al. Torque and Loss Characteristics of Magnetic Gear by Bonded PM Magnetization Direction
JP4992391B2 (ja) Ｐｍモータの磁石渦電流損失解析方法
Barakat et al. A simple and effective way to couple analytical formal solution of magnetic potential and reluctance network models
Chen et al. Flux characteristics analysis of a single-phase tubular permanent magnet linear motor based on 3-d magnetic equivalent circuit
Janssen et al. Analysis of a variable reluctance permanent magnet actuator
Rao et al. Torque analysis of permanent magnet hybrid stepper motor using finite element method for different design topologies
Nam et al. An end-effect equivalent factor for back-emf analysis of pmsm
Naik et al. A 2D and 3D Analysis on Electromagnetic Parameters of Spoke-shape Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Using FEM
Diab et al. Comparison of two tubular linear permanent magnet machines with translator eccentricity
Chirkin et al. Permanent-Magnet System Field Distribution on the Surface of Smooth FER Romagnetic Core

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant