某一个圆筒形直线电机瞬态磁场仿真总结报告
圆筒永磁直线同步电机磁场分析
Ａｂ ｔａ ｔ ｎｔｉｐ ｐ ￣ａ ｎ ｌｔ ｇ ｅｉｆｅｄｃ ｌｕａｉｎｍｅｈ ｄｂ ｓｄｏ ｃ ｌｒ ｕ ｎｉ ａ ｎ ｔ ｆ ｓｒ ｃ：／ ｓ ａ ｅ ｎａ ａｙｉ ｍａ ｎ ｔ ｌ ａｃ ｌｔ ｔｏ ａ ｅ ｎｓａａ ａ ｔｙ ｍ ｇ ｅ ｈ ｃ ｃ ｉ ｏ ｑ ｔ ｏ ｔｂ ｌｒ ｅｅｅ ｃ ａ ｉ ｃ ｗ ｒ Ｃ ｒ ｔ ｈ ｒＴ ａ ｓｏ ｍ ｉ ｉｔ ｄ ｃ ｄ ｗ ｉ ｅ ｓａｃ ａ ｕ ｕａ ｆ ｒｎ ｅ ｒ ｍｅｗ ｔ Ｓ ｈ ａ ￣． ｈｉ ｏ ｅ ｒｎｆ ｒ ｒ ｕ ｅ ， ｈｃ ｉ ａｎ ｗ ｒ ｅ ｒｈｗ ｙｔ ｒ ｆ ｈ ｓｐ ｓｎ ｏ ｈｓ ｅ ｏ
Ｄｉ ｇ Ｈｏ ｇ ｉ ｇ ｎ ｎ ｂ ｎ ， Ｚ ａ ｉ ｇ ｏ ｇ ｈ ｏ Ｊｎ ｈ ｎ
（１ Ｓ ｐ ｒ ｉｏ ｆ ｃ ｕ ｐ ｎ ｐ ｉ ｏ Ｎａ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ｅ ， Ｓ ａ ｇ ａ ０ １ ６ Ｃｈ ｎ ． ｕ ｅ ｖ ｓ ｒＯｆ ｅＥｑ ｉ ｍｅ ｔ ｉ Ｒｅ ａ ｒ ｆ ｖ ｈ ｎ ｈ ｉ Ａｒ ａ ｈｎ ｈ ｉ ０ ３ ， ２ ｉ ａ： ２ ． Ｓ ｈ ｏ ｆＥｌ ｃｒｃ ｌ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｎ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｎａ ａ ｉ ｅ ｓ ｔ ｆＥ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｃ ｏ ｌｏ ｅ ｔｉａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ， ｖ ｌ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ， Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３， Ｃｈ ｎ ） ｙ ｈ ｎ４ ０ ３ ｉａ
Ｖ１３ Ｎ． ００８ ｏ．０ ｏ８ １ ２ ．
船 电 技 术 ｝ 机 电
圆筒 永 磁 直 线 同步 电机 磁 场 分析
丁 洪兵
赵 镜 红
（ ．海 军 上 海 地 区 装 备 修 理 监 修 室 ，上 海 ２ ０ ３ ； ２海 军 工 程 大 学 电 气 与 信 息 工 程 学 院 ．武 汉 ４ ０ ３ ） １ ０ １６ ３ ０ ３ 摘 要 ： 本 文 针 对 轴 向磁 化 圆 筒 永 磁 直 线 同 步 电机 ， 介 绍 了一 种 基 于 圆柱 坐 标 的 标 量 磁 位 许 一 变 换 的 磁 场 克
圆筒型直线电机的工作原理
圆筒型直线电机的工作原理
圆筒型直线电机是一种将电能转化为机械能的装置，工作原理是通过电磁力的作用实现直线运动。
该型号的直线电机通常由一个圆筒形的铁芯和一个绕组组成。
圆筒型直线电机的工作原理如下：
1. 磁场产生：当通电时，绕组中的电流会产生一个磁场。
绕组通常由导线组成，电流通过导线时会形成一个磁场，这个磁场可以通过安培环路定律来计算。
2. 磁场与磁极相互作用：圆筒型直线电机中的铁芯通常有两个磁极，一个是正极，一个是负极。
当通电时，绕组产生的磁场与磁极相互作用，形成一个磁力。
3. 磁力产生直线运动：由于磁力的作用，圆筒型直线电机中的铁芯会受到一个向前或向后的推力，从而产生直线运动。
当电流方向改变时，磁极的极性也会改变，从而改变磁力的方向，使铁芯的运动方向相应改变。
圆筒型直线电机的工作原理类似于传统的电磁铁，但有一些显著的区别。
首先，圆筒型直线电机中的铁芯是圆筒形的，而不是传统电磁铁中的铁心。
这种设计使得直线电机能够实现直线运动，而不仅仅是吸附和释放物体。
其次，圆筒型直线电机的绕组通常采用多层
线圈，以提高电流和磁场的强度。
圆筒型直线电机具有许多优点，例如高效能转换、运动平稳、响应速度快等。
它们在许多领域得到广泛应用，包括工业自动化、机器人技术、医疗设备等。
总结起来，圆筒型直线电机的工作原理是通过电流通过绕组产生磁场，磁场与磁极相互作用产生磁力，从而实现直线运动。
这种直线电机具有高效能转换和运动平稳等优点，在许多领域得到广泛应用。
某一个圆筒形直线电机瞬态磁场仿真总结报告讲解
37.50 25.00 12.50
0.00 -12.50 -25.00 -37.50 -50.00
0.00
XY Plot 1
Cylindric_PM ANSOFT
Curve Info Moving1.Force_z Setup1 : Transient
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
六、求解设置：求解起始和终止时间分别为0和0.1 秒，步长为0.00025秒，求解400步，场信息保存时 间步长设置为0.0005秒，即每求解两步保存一次， 并添加到时见菜单，如图：
分析自检后进行求解计算，得到在 0.0015秒时的各 参量如下：
1.圆筒直线电机定位力曲线：
Moving1.Force_z [newton]
五、网格剖分设置， 选择Inside Selection 对整个模型内部进行 剖分，具体设置为： Length_Band=0.2cm Length_coil=0.25cm
Length_stator=0.3c m Length_PM=0.2cm
h_Outregion= 0.4cm 剖分效果如图：
InducedVoltage(WindingB) Setup1 : Transient
InducedVoltage(WindingC) Setup1 : Transient
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
Time [ms]
圆筒直线电机A、B、C三相绕组的磁链曲线：
利用Ansoft中的工程电磁场有限元 分析软件Mexwell对某一直线电机进 行仿真。所做的是二维瞬态磁场的分 析，基本步骤为：建模、定义材料属 性、分配材料、划分网格、设置加载、 边界条件、设定求解参数及后处理。
电磁仿真工作总结
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圆筒式直线步进电机的电磁场分析
明，混合励磁的步进 电机有着优 于普通 电励磁 电机的性能 ，对 两相八极式 电机 来说 ，在获得 一
定保持 转矩 的 同时 ，矩 角特性更 加平 滑 ，转 矩脉动 减 小。
关键词 ：圆筒电机 ； 永磁励磁 ； 矩角特性；Ｍ ｘｗ ａ ｅ ｌ ｌ ；仿真
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｆ ｏ ｒ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｓ ｔ ｅ ｐｐ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｔ ｏ ｒ
Hale Waihona Puke ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｇ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ；ａ ｎ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ
励磁 ， 是径 向和轴 向相 结合 的磁 系统 ， 它 是在感 应式 磁 阻步进 电机 的基 础 上 ， 随着 永 磁 技术 的发 展 而发 展起 来 的。因 为一般 电励磁 的步进 电机 在断 电时没
有保持转矩， 而要获得一定的保持转矩 ， 必须保持某 相一直通电， 这样就增加了电机的损耗 ， 降低了电能 的利 用效 率 ； 而 当 引进 永 磁励 磁 后 ， 电机 在 断 电后 ， 仍能根据需要获得一定 的保持转矩 ， 从而降低 了损 耗， 提高了电能利用率 ， 具有一定的实际意义。 本 文分析 了一种 圆筒式 两相八 极混 合励磁 直线
朱 晓光 ，杨 文焕
（ 上海理工大学 ，上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
电机测试仿真设计报告总结
电机测试仿真设计报告总结引言电机是工业自动化中非常重要的一种设备，通过将电能转变为机械能来驱动各种机械装置的运动。
电机的性能测试和仿真设计对于实际应用至关重要。
本报告总结了我们团队在电机测试仿真设计方面的工作。
研究方法我们团队采用了以下两个主要的研究方法：1. 理论分析：通过对电机的结构和工作原理进行深入研究，建立了电机测试仿真的理论模型。
我们分析了电机的各种参数和特性，并将其运用到仿真设计中。
2. 仿真软件：我们使用了MATLAB/Simulink等仿真软件进行模型建立和测试。
通过对电机系统进行仿真，我们可以对电机的运行状态和性能进行准确的预测，并找出可能存在的问题。
设计流程我们的电机测试仿真设计包括以下几个主要步骤：1. 电机参数测定：通过实验和测试，我们准确测定了电机的各种参数，包括电压、电流、转速等。
这些参数是模型建立和仿真分析的基础。
2. 建立电机模型：我们基于理论分析的结果，建立了电机的数学模型。
模型考虑了电机的各种特性和非线性因素，能够准确地描述电机的行为。
3. 参数辨识：通过对电机模型进行参数辨识，我们可以校正模型的参数，使其更加准确地反映实际电机的性能。
这一步骤对于后续的仿真分析非常重要。
4. 仿真分析：基于准确的电机模型和参数，我们进行了大量的仿真分析。
对于不同的工况和负载条件，我们能够预测到电机的转速、电流、功率等关键指标，并分析其稳定性和效率。
5. 结果评估：我们对仿真结果进行了全面的评估和分析。
通过与实际测试数据的对比，我们发现仿真结果与实际情况非常吻合，证明了我们的仿真模型和设计方法的有效性。
结果和讨论经过我们团队的努力，我们成功地建立了准确可靠的电机测试仿真设计方法。
通过仿真分析，我们能够在实际测试前对电机的性能和工作状态进行准确预测，提前发现潜在问题并采取相应措施。
然而，我们也意识到，电机测试仿真设计仍然面临一些挑战。
首先，模型的准确性和参数的辨识仍然需要进一步研究和改进。
基于Ansoft的直线永磁电机瞬态磁场分析
和优化提供通过 可靠 的依据 ，许多花费巨大的模 型试 验可 以
同数值模拟取而代之 ， 可 以节省大量的时间和成本。 文章在 合
理 简化的基础上 ， 以 圆 筒 直 线 永 磁 电机 为 例 ， 运 用 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ
易于使用的二维 电磁场有 限元分析软件。Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ包括 电
场、 静磁场 、 涡流场 、 瞬态场 、 和温度场分析模块 ， 可 以 用 来 分
环境下 的 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ 求解器对直线永磁 电机的瞬态磁场进行仿
真分析 ，并将仿真的结果 与直线感应 电机传统等值电路计算
的结果相 比较， 来验证仿真结果 的正确性。
析 电机 、 传感器 、 永磁设备 等电磁装 置的静态 、 稳态 、 瞬态 、 正 常工况和故 障工况的特性它所包含 的 自上而下执行的用户界 面、 领先 的 自适应 网格剖分技术 、 用户定义材料 库等特点 ， 使 得 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ在易用性 上遥遥领先。 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ具有高性能 矩阵求解器和多 Ｃ Ｐ Ｕ处理能力 ， 提供 了最快 的求解 速度。其 中的瞬态场求解器可方便 的求解任 意波形 电压 、电流及包括 直线和旋转运动 问题 ， 例如 电动机 、 断路器 、 轴承等 ， 瞬态求解 器可同时求解磁场 、 电路及运动等强耦合的方程 ， 因为可以分 析各装置的性能 ，其优点可以利用线路 图绘制器和嵌入式仿 真器与外部 电路协同仿真 ，从 而支持包括 电力 电子开关电路 和绕组连接方式在 内的任意拓扑结构 的仿真 。易于对直线感
第 ４ ０卷第 ９期 ・ 学 术
Ｖ ｏ１ ． ４ ０ Ｓ ｅｐ． ９
湖
南
圆筒型永磁动圈式直线电动机气隙磁场和推力解析分析
Ｆ（ ） ｚ ＝
Ｆｏ
—Ｄ≤ ≤ ６ ６≤ 乓 Ｄ
一
（） ８
气 隙
外 壳 铁 心
２５３ １— ． １ Ｘ ０
１０ ８ １ 一 ．６ Ｘ ０
６５ ０。 ． ×ｌ ＿ ’
００６ ．１
４ ８９ １ — ．５ Ｘ ０ ８
８ ３９ １ — ． ８ × ０ ｂ ≤ ≤ ｒ — ｂ
ｆｒ ｌ ａ ｅ ｖ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓｏ ｅｆｒ ｌ ｓｖ ｒ ｅ ｏ ａ ｅ ｔ ｈ ｅ ｕｔ ｎ ｅ Ｅ ａ ａｙ ｉ ．Ｔ ｅｃ ｎ ｏ ｍｕ ａ ｗ ｓｄ ｒ ｅ ｎ ｏ ｒ ｃｎ ｓ ｆ ｈ ｏｍｕａｗａ ｅ ｆ ｄ ｃ ｍｐ ｒｄ ｗｉ ｔ ｅｒ ｓ ｌ ｕ ｄ ｒＦ Ｍ ｎ ｓｓ ｈ ｏ — ｉ ｈ ｔ ｉ ｉ ｈ ｓ ｌ
磁路 ， ２中的 虚 线 为磁 力 图 线 的代 表 。从 图 中我 们可 以 看 出 ， 电机 的磁 路 由永 磁 此
体、 内铁 心 、 隙 、 气 线圈 、 壳 外
铁心组 成 。电机磁路 的路 径 图 ２ 电机 磁 路示 意 图 依照 图 ２所示路径计 算 。 电机磁路 的磁导计算公 式 ：
１ ２永 磁体 工作点 的计 算 ． 电机 中 的永 磁材 料 采 用钕 铁 硼 稀 土材 料 ， 由于 主磁通 与主磁 导相 互 制 约 ， 以本 文 永 磁体 工 作 点 所 的计算 采用 迭代 法 求解 。在 这 里 ， 磁 体 的工 作 点 永 计 算采 用标 幺值 ， 这样 可 以使 得 永 磁 电机磁 路 计 算
ｃｕ ｉ ｎ ｒ ｕｉａ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｈ ｓｍｏ ｏ ． ｌ ｓｏ ｓａ ｅ ｓ ｔｂｌ ｏｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｔ ｉ ｔｒ
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1.25
Cylindric_PM
Curve Info FluxLinkage(WindingA) Setup1 : Transient FluxLinkage(WindingB) Setup1 : Transient FluxLinkage(WindingC) Setup1 : Transient
二、设置材料属性及分配材料：Band面域及外层面 域为空气，绕组材料为铜，定子铁芯及转子铁心为 10号钢，永磁体材料为NdFe30。分配如图：
三、激励源及边界条件的定义和加载：对永磁 体进行磁极方向的确定，并采用径向充磁。绕 组线圈为200匝，加载电流源激励。加载的边 界条件为气球边界条件。 四、运动选项设置：直线电机瞬态磁场分析针 对电机直线运动时的磁场变化而言的，选中 Band面域，设置运动类型为直线运动，运动 平行与坐标轴Z，初始位置为0，为确保磁极不 脱离初级，双向位移分别设置为-40cm和 50cm。
250.00
InducedVoltage(WindingC) Setup1 : Transient
125.00
Y1 [V]
0.00
-125.00
-250.00
-375.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Time [ms] 25.00 30.00 35.00 40.00
圆筒直线电机A、B、C三相绕组的磁链曲线：
Cylindric_PM
Curve Info
ANSOFT
Moving1.Force_z Setup1 : Transient
25.00
12.50
Moving1.Force_z [new37.50
-50.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Time [ms] 25.00 30.00 35.00 40.00
利用Ansoft中的工程电磁场有限元 分析软件Mexwell对某一直线电机进行 仿真。所做的是二维瞬态磁场的分析， 基本步骤为：建模、定义材料属性、 分配材料、划分网格、设置加载、边 界条件、设定求解参数及后处理。
一、建立的材料模型如图：主要包括初级槽、 初级冲片、永磁体和次级轭，以及将包围运动 部分的Band区域和是求解域连通的Outregion区 域。
五、网格剖分设置， 选择Inside Selection对 整个模型内部进行剖 分，具体设置为： Length_Band=0.2cm Length_coil=0.25cm Length_stator=0.3cm Length_PM=0.2cm Length_Outregion=0.4c m 剖分效果如图：
圆筒直线电机A、B、C三相绕组的反电动势曲线：
XY Plot 2
375.00
Cylindric_PM
Curve Info InducedVoltage(WindingA) Setup1 : Transient InducedVoltage(WindingB) Setup1 : Transient
ANSOFT
Position Setup1 : Transient
200.00
150.00
Position [mm]
100.00 50.00 0.00 0.00 20.00 40.00 Time [ms] 60.00 80.00 100.00
永磁直线电机在0.0015秒时的磁力线分布如图：
永磁直线电机在0.0015秒时的磁通密度云图为：
六、求解设置：求解起始和终止时间分别为0和0.1 秒，步长为0.00025秒，求解400步，场信息保存时间 步长设置为0.0005秒，即每求解两步保存一次，并添 加到时见菜单，如图：
分析自检后进行求解计算，得到在 0.0015秒时的各 参量如下： 1.圆筒直线电机定位力曲线：
XY Plot 1
37.50
ANSOFT
0.63
Y1 [Wb]
0.00
-0.63
-1.25 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Time [ms] 25.00 30.00 35.00 40.00
圆筒直线电机动子移动位置图：
XY Plot 4
250.00
Cylindric_PM
Curve Info
ANSOFT