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直线电机的发展史先容!

发布时间:2020-09-08 15:26:54 阅读次数:196 发布者:2020欧洲杯比分网  来源:深圳博智达机器人
导读: 1、 直线电机发展历史。 早在19世纪末与20世纪初就有人从事直线电机的研究,但当时的技术水平有限,未能获得成功。直到20世纪50年代中期,控制技术、材料技术的飞速发展和新型控...

1、 直线电机发展历史。

    早在19世纪末与20世纪初就有人从事直线电机的研究,但当时的技术水平有限,未能获得成功。直到20世纪50年代中期,控制技术、材料技术的飞速发展和新型控制元器件的不断出现,直线电机的理论和应用都获得了新的发展。特别是近10年来,由于高速、精密机床进给系统的需要,使直线电机的优越性充分体现出来,直线电机的研究重新成为热点领域。了解直线电机的发展现状和趋势,对开展新型直线电机研究是非常必要的。

   2、直线电机理论研究

    由于直线电机/结构的特殊性,旋转电机的理论不能直接应用到直线电机上,也使直线电机的分析变得更为复杂。为此,进行了大量的研究工作,提出了各种理论分析方法。主要有:直接解法、分层理论与傅立叶法、有限元法、边界元法等。
    直接解法是由Shtuman和Aranov为解决边界效应问题而提出来的,它从三维Maxwell方程出发,经过简化,推导出一维方程的解。后来Gieras等用一种简化的等效电路来描述上述直线电机入端的端部效应。Wilkinson还提出了一种更为详细的分析方法,他根据直线感应电机的入端端部效应建立了气隙磁密方程。
目前直线电机的解析研究集中在一维稳态方面,主要有磁路法、磁场解析法、等效磁网络法、等效电路法等。它一般是将电机理想化,即取电机的一个极距为求解区域,将绕组和永磁体等效成正弦电流层,忽略铁芯开端和边端效应、补偿绕组、端部半填槽、三相绕组实际不平衡等因素的影响.基本上是沿用旋转电机的分析方法,在实际使川中存在较大的误差。
 分层理论分析方法是山Gullen和Button首次提出,后来由Grieg等人发展起来的一种二维磁场分布解法. Oberret等人在二维分层方法革础上发展起来的三维分层法,用Fourier双级数法来摸拟直线电机的纵向和横向边缘效应。这儿种分层理论分析方法只考虑了次级铁芯的饱和,而没有考虑初级铁芯饱和。1993年Idir等人提出了一种既考虑初级铁芯的饱和,又考虑次级铁芯饱和的分层理论分析方法。
 有限元法非常适合于求解直线电机的电磁场方程。有限元法首先将电机的求解区域进行剖分,二维情况下剖分成一系列连续的三角形或四边形单元,三维情况下剖分成一系列连续的六面体单元,单元节点上的矢最磁位A按照预先假设的变化方式进行计算,然后从Maxwell基本方程出发,导出一组以磁场矢量磁位A为变量的偏微分方程。目前,采用二维有限元法计算直线电机的电磁场分布和工作特性己得到较广泛的应用;随粉计算机技术的发展和有限元法本身的改进,三维有限元法也被越来越多地应用于直线线电机的分析计算。应用有限元法直接由直线电机内的磁场分布求解其电气参数,突破了传统方法将场简化为路的局限性,使计算方法得到了发展。
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3、直线电机的设计

直线电机的设计准则是由Laithwaite于1965年提出的品质因数G。它是表示直线电机电路与磁路耦合程度的质量因数,具有多种定义形式。然而,对于高速直线感应电机来说,品质因数大井不能保证电动机产生最大推力和最高效率,于是Boddia等提出了最佳品质因数的概念。
为了精确计算直线电机的电磁特性参数、输出力,优化电机结构尺寸,缩短开发周期,降低设计制造成本,必须通过对场的分析,才能使计算较准确。直线电机设计过程中考虑较多的是采用各种措施来降低端部效应的影响。如在直线电机初级绕组的端部槽中,采用全填满的绕组形式提高电机的性能;也有采川精确分析端部效应的方法,为直线电机设计提供参。
目前,在直线电机的设计研究中,一个非常活跃的研究方向就是引入了各种数值算法和优化算法,对直线电机进行计算机辅助优化设计。如:从场-路结合的观点采用混合罚函数法对直线电机进行优化设计,目标函数为单位体积产生的推力;考虑各种因素影响,采用多目标优化技术进行直线电机设计,采用Hook-Jeeves法对直线电机进行优化设计,目标是直线电机的力能指标最大,对直线电机的其他性能指标引入约束条件,约束处理采用外点罚函数法,采用神经元网络对直线电机进行优化设计,电机部分的计算采用有限元法,对二维有限元法计算大气隙直线电机的磁场分布的局限性,提出三维有限元计算的数学物理模型和计算方法等。

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