基于ANSOFT的直線磁阻電機(jī)力移特性分析

楊曉晨+于天達(dá)

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川成都 610213）

摘要：利用有限元仿真軟件ANSOFT對(duì)直線磁阻電機(jī)的動(dòng)子齒頂寬、動(dòng)子齒底寬、單邊氣隙和永磁體厚度等關(guān)鍵參數(shù)開展參數(shù)化分析，得到力移特性曲線族，從中優(yōu)選出最佳電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。

關(guān)鍵詞：力移特性；ANSOFT；磁阻電機(jī)

0 引言

力移特性是磁阻電機(jī)在固定勵(lì)磁狀態(tài)下所具有的特性，是動(dòng)子所受電磁推力和動(dòng)子位置之間的關(guān)系，可以用于衡量關(guān)鍵電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理。在電磁結(jié)構(gòu)基本確定的前提下，分別對(duì)動(dòng)子齒寬、單邊氣隙和永磁體厚度等關(guān)鍵尺寸開展參數(shù)化分析。

1 仿真模型

計(jì)算采用了圖1所示的1/6軸對(duì)稱有限元模型（其力能計(jì)算結(jié)果為完整模型的1/6），由控制線圈、磁極模塊、永磁體和動(dòng)子共同組成。模型中各部件材料及電磁性能需根據(jù)實(shí)際情況指定。

2 邊界條件與源

邊界條件施加在背景區(qū)域的邊界上。模型可近似認(rèn)為與其它磁場(chǎng)源和電流源是隔離的，因此需要在求解區(qū)域的外邊界上施加“balloon”邊界條件，即求解區(qū)域的邊界延長到無限遠(yuǎn)，在無限遠(yuǎn)處Az或Aφ為零。

計(jì)算采用電流源，用安匝數(shù)（即磁通勢(shì)Fm）表示。為便于電流源加載，需定電流運(yùn)行的相序。按照任意相序中的激磁安匝進(jìn)行電流源設(shè)置，通過動(dòng)子位置掃描分析，即可得到該勵(lì)磁狀態(tài)下的機(jī)構(gòu)力移特性。

3 變量設(shè)置

定義變量并添加進(jìn)變量列表，變量如下：

W1：1/2齒底寬，mm。W1=2、3、4、5、6；

W2：1/2齒頂寬，mm。W2=2、3、4、5、6；

δ：單邊氣隙，mm。δ=2.5、3.0；

dp：1/2永磁體厚度，mm。dp =2、2.5、3。

4 仿真結(jié)果分析

圖1為仿真得到的不同電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)組合下的力移特性曲線族，其中最大輸出電磁力超過6×334N=2000N的組合有65組。選出=2.5mm和=3.0mm時(shí)最大的一組列于表1。組合1的電磁力更大，達(dá)到6×483N=2898N。

計(jì)算結(jié)果表明，氣隙對(duì)輸出電磁力的影響較大，氣隙增加導(dǎo)致電磁力下降。但是在確定氣隙時(shí)，并非越小越好，還應(yīng)綜合考慮機(jī)械阻力、零部件的可加工性與機(jī)械強(qiáng)度等多重因素。

5 結(jié)論

建立了1/6電磁結(jié)構(gòu)模型，在運(yùn)行參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)確定的前提下，利用ANSOFT軟件，對(duì)動(dòng)子齒頂寬、動(dòng)子齒底寬、單邊氣隙和永磁體厚度等關(guān)鍵電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)開展了設(shè)計(jì)分析，獲得了=2.5mm和=3.0mm 兩種氣隙的最佳電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。

作者簡介：

楊曉晨（1980—），男，遼寧錦州人，中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院高級(jí)工程師，碩士，主要從事反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。