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新型双定子永磁直线电机的电磁分析与优化设计
摘要
本文以新型双定子永磁直线电机为研究对象，采用有限元方法，对电机的电磁特性进行分析，并对电机进行优化设计。首先，利用COMSOLMultiphysics软件建立电机的三维有限元模型，分析了电机的磁场分布、磁场强度、磁势密度等电磁特性。随后，考虑电机的性能需求，通过调整转子、定子参数等设计要素，优化了电机的电磁性能。最终，通过仿真验证，证实了优化设计的电机具有更好的电磁特性和性能。
关键词：新型双定子永磁直线电机、有限元分析、优化设计、电磁特性、性能
Abstract
Thispaperfocusesontheelectromagneticanalysisandoptimizationdesignofanoveldualstatorpermanentmagnetlinearmotor.Thefiniteelementmethodisusedtoanalyzetheelectromagneticcharacteristicsofthemotorandoptimizethedesignofthemotor.Firstly,thethree-dimensionalfiniteelementmodelofthemotorisestablishedusingCOMSOLMultiphysicssoftware,andtheelectromagneticcharacteristicssuchasmagneticfielddistribution,magneticfieldstrength,andmagneticfluxdensityareanalyzed.Next,consideringthemotor'sperformancerequirements,theelectromagneticperformanceofthemotorisoptimizedbyadjustingthedesignfactorssuchasrotorandstatorparameters.Finally,thesimulationresultsconfirmthattheoptimizeddesignmotorhasbetterelectromagneticcharacteristicsandperformance.
Keywords:Noveldualstatorpermanentmagnetlinearmotor,finiteelementanalysis,optimizationdesign,electromagneticcharacteristics,performance
1.引言
直线电机是一种可以实现直线运动的电动机，通常由定子和转子两部分组成。与传统的旋转电机相比，直线电机具有结构简单、起动快、高速性能好等优点。在工业、航空航天、交通运输等领域广泛应用。但是，传统直线电机的定转子结构和磁场分布存在一定的局限性，无法满足高速、高加速度等应用场景的需求。
针对以上问题，本文提出了一种新型双定子永磁直线电机，其结构和磁场分布均与传统直线电机有所不同。为了实现该电机的更好的电磁特性和性能，本文采用有限元方法进行电磁分析和优化设计。具体而言，本文首先建立了电机的三维有限元模型，分析了电机的磁场分布、磁场强度、磁势密度等电磁特性。随后，根据电机的性能需求，优化了电机的设计参数，如转子、定子等参数。最终，通过电磁仿真验证，证实了优化设计的电机具有更好的电磁特性和性能。
2.场分析模型
2.1建模与网格划分
本文采用COMSOLMultiphysics软件建立电机的三维有限元模型。该模型包括定子、转子和永磁体三个部分，如图1所示。其中，定子为双定子结构，由A、B两个部分组成；转子为永磁体+轴承部分，其尺寸和永磁体磁性参数分别为80mm×40mm×20mm和永磁体磁化强度为1.2T。
图1电机的三维有限元模型
为了保证电机的仿真精度，本文采用自由三角形（Tetrahedral）划分算法，对电机进行网格划分，如图2所示。其中，转子部分采用六面体（Hexahedral）网格划分，定子采用四面体（Tetrahedral）网格划分，永磁体采用四面体与六面体相结合的网格划分。
图2电机的网格划分
2.2磁场分析
电机的磁场分析是电磁分析的核心。在电机中，磁场与电流、电势、磁介质和永磁体等因素密切相关。因此，磁场分析需要结合多个因素来进行。
在本文中，采用磁场能量法进行磁场分析，得到电机的磁场分布、磁场强度与磁势密度等电磁特性。其中，电机的磁场分布如图3所示，可以看出，电机的双定子结构和永磁体的磁场分布均与传统直线电机不同。
图3电机的磁场分布
另外，通过计算电机的磁场强度与磁势密度分布，可以得到其电磁特性，如图4所示。其中，图4