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电梯用分段永磁直线同步电机设计及有限元分析

作　者: 刘冲
导　师: 刘英林
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械设计与理论
关键词: 直线同步电动机 次极结构 初极绕组 气隙厚度 有限元
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 76次
引　用: 4次
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内容摘要


本文所研究的分段永磁直线电动机是一种具有良好发展前景的新型电动机。用永磁直线电动机驱动的电梯结构简单,无需机房,甚至不需要绳索和配重,因此占地面积小,特别适用于高层及超高层建筑,具有理论提升高度无限高的优点。永磁直线同步电动机与直线感应电动机相比,在相同的输出功率下,电动机自身的重量更轻,且效率远远高于直线感应电动机。另外,分段永磁直线同步电动机驱动的电梯在一个井道内可以同时运行多个电梯轿箱,这是传统钢丝绳提升的电梯所不具备的优点。之所以把永磁直线同步电动机做成分段式的,这是由于把电动机初极分段后利于制造和安装,并且电梯的安装可以和建筑物的不断增高而分段同步加高,也就是说可以利用不断增高的分段永磁直线同步电动机驱动的电梯来运送建筑用的物料。所以,目前来说,分段永磁直线同步电动机驱动的电梯是电梯的一个重要发展方向。垂直提升用分段永磁直线同步电动机总体结构和理论研究。由于分段永同步直线电动机的初级是分段的,这与传统旋转电机和连续长初级直线电机的结构均有本质的不同。所以非常有必要对分段永磁直线同步电动机的总体结构进行分析,特别是电机初级段与段之间的间距的分析。因此本文主要在传统旋转电动机与永磁旋转电动机的设计基础上,对垂直提升用分段永磁直线同步电动机的总体结构和设计进行研究。分段永磁直线同步电动机次极结构研究。永磁直线同步电动机的初极与旋转同步电动机的初极相比,他们的初极结构基本相同。次极结构由于利用永磁体产生的励磁代替了电绕组励磁。所以随着永磁体放置形式的不同,永磁直线同步电动机会出现不同的特性。因此,本文对分段永磁直线同步电动机的不同次极结构进行了研究和论证。分段永磁直线同步电动机初极绕组的布置与接线方式研究。由于永磁直线同步电动机在运动方向是周期性分段的,导致初极绕组的布置与接线方式与旋转电动机有很大的不同,这主要表现在每一段初极两端是开断的,这就导致了线圈在直线电动机的初极上的布置是不连续的.所以本文就对其进行了设计分析。分段永磁直线同步电动机初极与次极之间的气隙厚度研究。电动机初极与次极之间的气隙厚度是电动机设计中的一个重要参数,气隙厚度的大小直接影响到电动机的各种性能,而且长行程推动电梯的直线电动机很难保证气隙厚度的稳定性。由于实验设备所限,所以本文利用有限元分析方法对不同气隙厚度下的电动机的推力特性进行了分析。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 引言  11-13
  1.2 直线电动机的发展和分类  13-15
    1.2.1 直线电动机的发展状况  13-14
    1.2.2 直线电动机的分类  14-15
  1.3 直线电动机驱动的电梯基本结构和国内外研究现状  15-17
  1.4 稀土永磁材料在我国的发展状况  17-18
  1.5 课题研究内容  18
  1.6 本章小结  18-20
第二章 分段永磁直线电动机结构设计与分析  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 直线电动机理论  20-24
    2.2.1 直线电动机的基本工作原理  20-22
    2.2.2 直线同步电动机的基本原理  22-23
    2.2.3 直线同步电动机的分类  23
    2.2.4 永磁直线同步电动机  23-24
  2.3 永磁直线电动机驱动的电梯及分段永磁直线同步电动机  24-27
  2.4 分段永磁直线同步电动机结构分析  27-33
    2.4.1 永磁体体积的确定  27-29
    2.4.2 永磁直线同步电动机的次极结构分析  29-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 电梯用永磁直线同步电动机的参数计算  34-54
  3.1 引言  34
  3.2 电梯性能及参数标准  34-35
  3.3 永磁直线同步电动机的向量图  35-36
  3.4 分段永磁同步电动机基本结构设计  36
  3.5 分段永磁同步电动机参数计算  36-37
  3.6 分段永磁直线同步电动机主要尺寸和数据的稳态设计  37-48
    3.6.1 额定数据和技术要求  37-38
    3.6.2 主要尺寸的确定  38-48
  3.7 永磁直线同步电动机电磁计算CAD  48-53
    3.7.1 电动机CAD 概述  48
    3.7.2 计算机程序设计语言的选择  48-49
    3.7.3 MATLAB 简介  49
    3.7.4 对曲线和图表的处理  49-50
    3.7.5 结构化的程序设计  50-51
    3.7.6 编程和调试  51
    3.7.7 计算所得参数  51-53
  3.8 本章小结  53-54
第四章 绕组的设计计算  54-66
  4.1 引言  54
  4.2 永磁同步直线电动机交流绕组的基本要求  54-57
    4.2.1 用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称  54-56
    4.2.2 采用60°相带可获得较大的基波电势  56-57
  4.3 绕组结构设计  57-65
    4.3.1 单层同心式绕组  57-58
    4.3.2 单层链式绕组  58
    4.3.3 双层绕组  58-60
    4.3.4 双层的补偿绕组  60-61
    4.3.5 双层叠绕组节距的选择  61
    4.3.6 绕组并联支路数的选择  61-62
    4.3.7 线圈展开图的绘制  62-65
  4.4 本章小结  65-66
第五章 分段永磁直线同步电动机电磁场的有限元分析  66-90
  5.1 引言  66
  5.2 电磁场基本理论  66-70
    5.2.1 电磁方程  66-68
    5.2.2 电磁场中的边界条件  68-70
  5.3 ANSYS 电磁理论  70-72
    5.3.1 ANSYS 电磁场分析对象  70-71
    5.3.2 标量位、矢量位、棱边单元法的比较  71-72
  5.4 二维分段永磁同步直线电动机静态磁场分析  72-82
    5.4.1 二维静态磁场分析中要用到的单元  72-74
    5.4.2 分段永磁同步直线电动机二维模型的建立  74-76
    5.4.3 设置实常数和单位制  76-77
    5.4.4 定义材料属性  77-79
    5.4.5 划分网格  79-80
    5.4.6 施加边界条件和载荷  80
    5.4.7 施加磁力线平行边界条件  80-81
    5.4.8 建立组件和设置力计算路径  81
    5.4.9 加载初极电流  81-82
  5.5 求解  82
  5.6 后处理  82-87
  5.7 气隙厚度对力的影响  87-89
  5.8 本章小结  89-90
第六章 结论和展望  90-92
  6.1 结论  90-91
  6.2 展望  91-92
参考文献  92-94
致谢  94-95
攻读学位期间发表的学术论文目录  95

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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