基于有限元分析的弧形音圈电机综合优化设计
基于PID算法的音圈电机位置控制系统设计
关键词 音圈直线电机#驱动电路#PID#建模仿真#Luenbeocr Observer；高频噪声 中图分类号 TP391 文献标识码 A 文章编号1007 -7820(2019)07 -076 -06 doi： 10. 16180/j. cnki. imn1007 -7820. 2019. 07. 015
近年来，音圈电机更加趋向于小型化，朝着越来越 精密化的方向发展,音圈电机控制算法也越来越成熟, 音圈电机（Voice Coil Motor）具有高响应、高速度、高加 速度、结构简单、体积小、力特性好、控制方便等优点，广 泛用于高精度定位运动系统中音圈直线电机能 将电能直接转换成直线运动的机械能，而无需中间转换 机构,因而在高性能的直接驱动式伺服系统中得到广泛 应用⑷。本文在对音圈电机位置控制的基础上,针对电 机实际运行中由于噪声干扰而造成的影响，提出了一种 新的控制算法，该算法基于PIP与Luenberger ObseoeO5'结合的控制算法，在此算法基础上加以改进，通过 在电机负载上增加一对反馈电阻来消除噪声。常规 PIP控制算法虽能消除静态误差，但对于高频噪声表现
度；C为阻尼系数;F为导体受到的力•丄和"分别为线 圈的电感量和电阻量。
将上式进行拉普拉斯变换,消去中间变量，和F, 可以求出电机电枢电压与音圈电机位移之间的传递函
收稿日期：2018-12-03 作者简介：汪月生（1991 -），男，硕士研究生。研究方向：智能 信息处理。
基于ANSYS Maxwell 2D内置式“V”型永磁同步电动机的转子结构优化-陈贤阳
[ Keyword ] interior; permanent magnet synchronous motor; magnetic pole shift; rotor eccentric; ANSYS Maxwell2D; cogging torque
1 前言
世界各国节能和环保的政策要求，电动汽车的研制和推广已得到广泛的关注，而对高
为槽数，
GCD（z，2p）
为
2p
和
z
的最大公约数。
由(6) ~(8)分析可知，当永磁体对称时，n 只有取值为 Np 的倍数时，该次谐波才不为零。
[6]
故可得知磁极偏移对整数槽永磁电动机的齿槽转矩的消弱是有明显效果的 。
3 磁极偏移对齿槽转矩的影响
利用 Maxwell 有限元分析软件，分析不同的磁极偏移角度时，电机齿槽转矩的变化情
已知一款汽车用永磁同步电动机的主要参数，基于 Maxwell2D 有限元仿真，采用磁极
[5]
偏移和转子铁芯的偏心距措施，使电机的齿槽转矩得到优化 。根据优化后电机尺寸参数
试制样机，利用电机实验平台，测得样机的性能符合要求。
1.1 永磁同步电动机主要技术参数
本方案主要技术指标如表 1 所示
表 1 主要技术指标
额定电压：183V
大推力音圈电机的探究
机采用偏心轮的机械机 构来带动 活塞 运动通气 ． 工作频率不 高 ， 噪声 大 采用音圈电机替换原有机械结构 以后可 以通过控制 电路很容易的 控制频率 ． 振幅以及其 它相关参数 ， 其优越性不言而喻 。 在半导体方 面 ． 半导体是 一个 纳米尺度 的行 业 ． 对于 生产装备 的 精度要求很高。音 圈电机 因为它本 身的高精度 以及高频响 ， 很自 然地 成为研究者的首选 引线键合机 的工作方式是 ： 当一个芯片传送过来 时， 首先通过图像处理技术找到定位零 点， 确定位 置 ； 接着运行键合程 序． 以很高的频率来焊接引线 ： 最后 把键合 完成 的芯 片送 出。 同时受限 于社会生产率 ． 整个芯片 的键合时 间不能很长 ， 平均在 ２ ｓ 以内。结合 引线键合机的工作方式 ．不难看 出它对 驱动的要求就是位置精度 高 ， 高频响应好 这些正好全都是音圈电机的特点
近 年 来 对 于音 圈 电机 的研 究 逐 渐 增 多
１ ． １ 音 圈电机 的工作原理 音圈电机的工作原理与扬声器 的工作原理相似 ． 二者都应用 了通 电导体与磁场的相互 作用原理 通 电导体在磁场 中要受到安培力的作 用 扬声器线圈内部的电流 大小反映 了它所记载 的声音信息 ． 线 圈因 为电流大小的不同可以产 生振 幅不 同的振动 扬声器通过线圈的振动 来达到还原声音甚至放大声音 的 目的 而音 圈电机则是利用音圈受力 与其 内部所通 电流大小成正 比的特性 ． 使 电能转 换为机械能 ． 达到输 出功率的 目的。 １ ． ２音圈电机的分类 从总体来说 ． 按 照音圈 电机 的输出方式 ． 可以分为直线 型和摆动 型。 直线型的动子沿直线运 动 ． 输 出的是推力 ： 摆动型的动子做圆周运 动． 输出的是扭矩 二者的工作 原理大致相 同． 本文 只讨论直线型音圈
基于ANSYS的汽车传动轴有限元分析与优化设计
摘要ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
传动轴是最常件的零件，该零件结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。
目前很多传动轴都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。
.本设计是基于ANSYS 软件来汽车传动轴行分析。
与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。
设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。
对零件的设计和优化有很大的参考作用。
正是因为上述优点，我在本设计中运用UG 来建立三维模型。
再将此模型导入ANSYS 软件来对其进行分析。
关键词：传动轴，三维建模，ANSYS，动静态分析A b st r ac tANSYS (f i n i t e e l e m e n t) package i s a m u l t i-p ur po s e f i n i t e e l e m e n t method for computer des i gn program that can be used to s o l ve the structure, fluid, e l ec tr i c i ty,e l ec tr o m ag n et i cf i e l ds and co lli s i on problems. So it can be applied to the followingi ndus tr i es: aerospace, au tom o t i v e,bi o m ed i ca l,b r i dge s,c on s tr uc t i on,e l ec tr o ni cs,h ea vy machinery, mi cro-el e ct r o m echa ni ca l systems, sports equipment and so on.Tr an s mi ss i on s h a f t i s the most common a r egu l a r part, the part structure i s s i m p l e, convenient o pera t i on, high pr ec i s i on, low pr i c es, it has been w i d e l y used. At pr ese n t, many have made the appro pr i at e Tr an s mi ss i on s h a f t i mpr o v e m e n t s,it has been gr ea t l y enhanced app li c a bi li ty.The des i gn i s based on ANSYS s o f t ware to Tr an s m i ss i on s ha f t by the line of s p i nd l e. Compared with the tr adi t i on a l c a l cu l at i on,computer-based f i n i t e e l e m e n t an a l y s i s method can be f a s t er and more accurate r es u l t s.Set the correct m o de l,dividing the right grid, and set a reasonable s o l ut i on process, an a ly t i ca l m o de l can ac curat e l y access t h e various parts of the stress and de f o r m at i on r es u l t s. On the part of the des i gn a ndop t i mi za t i on has great r ef ere n c e.It i s because of these advantages, the use of this des i gn in my UG to crea t et h r ee-di m e ns i on a l model Tr a ns m i ss i on s h a f t. Then this model was i n tr o duce d by t h e ANSYS s o f t wa r e to i t s line of a n a ly s i s.Key Words: Tr an smiss i on s h af t，t h r ee-d i me n si on al mo d e li ng，ANSYS，d y n am i c and s t a t i c a n al y s i s目录摘要.............................................................................................................................. - 1 -Abs tr ac t ............................................................................................................................. -2 -目录.............................................................................................................................. - 2 -第1 章绪论..................................................................................................................... - 4 -1.1 选题的目的和意义............................................................................................. - 4 -- 2 -1.2 选题的研究现状及发展趋势.............................................................................. - 4 -1.3 传动轴知识........................................................................................................ - 5 -1.4 传动轴的结构特点............................................................................................. - 5 -1.5 传动轴重要部件................................................................................................. - 6 -1.6 传动轴常用类型................................................................................................ - 7 -第2 章本课题任务和研究方法...................................................................................... - 8 -2.1 课题任务............................................................................................................ - 8 -2.2 分析方法............................................................................................................. - 8 -3.3 本课题的研究方法............................................................................................. - 9 -3.4 有限元方法介绍................................................................................................ - 9 -3.4.1 概述.................................................................................................................. - 9 -3.4.2 基本思想......................................................................................................... - 9 -3.4.3 特点................................................................................................................ -10 -3.5 ANSYS 软件简介............................................................................................. -11 -第4 章确定汽车传动轴研究对象和UG 建模............................................................. -12 -4.1 确定汽车传动轴研究对象概述........................................................................ -12 -4.2 汽车传动轴（变速箱第二轴）的3D 建模设计............................................. -14 -4.2.1 进入UG 的操作界面............................................................................ -14 -第5 章汽车传动轴的有限元分析................................................................................ -21 -5.1 有限元分析的基本步骤............................................................................ -21 -5.2 有限元分析过程与步骤........................................................................... -22 -5.2.1 转换模型格式........................................................................................ -22 -第六章总结和传动轴的优化设计分析........................................................................ -41 -结论................................................................................................................................ -41 -参考文献........................................................................................................................ -42 -致谢.............................................................................................................................. -43 -第1 章绪论1.1 选题的目的和意义随着计算机技术的日益普及和FEA 技术的蓬勃发展，人们已经广泛采用计算机有限元仿真分析来作为传动轴强度校核的方法。
基于极弧系数与偏心距的永磁同步电动机优化设计
基于极弧系数与偏心距的永磁同步电动机优化设计方超;吴帮超;朱兴旺;黄光建【摘要】利用ANSYS软件优化了一款调速永磁同步电动机,联立RMxprt和Maxwell 2D模块,建立电动机的二维有限元模型,并进行了有限元仿真计算.研究了永磁体的极弧系数与偏心距对电动机的齿槽转矩、空载气隙磁密和气隙磁场的谐波畸变率的影响.在此基础上研究极弧系数与偏心距相结合的方法优化电动机的运行平稳性.仿真结果和样机测试结果验证了该方法的可行性,对调速永磁同步电动机的优化设计具有一定的参考意义.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2016(051)004【总页数】5页(P9-12,17)【关键词】永磁同步电动机;齿槽转矩;气隙磁密;畸变率【作者】方超;吴帮超;朱兴旺;黄光建【作者单位】广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TM341;TM351近年来，由于能源紧缺问题以及节能环保的意识加强，各国都在加速研制高效电机。
随着稀土永磁材料和控制科学的不断进步，永磁同步电动机在效率和调速性能等方面表现出极大的优势，调速永磁同步电动机的研究也越来越热。
调速永磁同步电动机转子上无起动绕组，利用变频器启动，并随着频率的改变而调节转速，又叫正弦波永磁同步电动机。
相对于方波驱动的永磁无刷电动机，其避免了电流换向时产生的较大转矩脉动，具有更理想的伺服驱动，因此逐步在家用空调、洗衣机、电冰箱、风扇中使用[1]。
文献[2]以优化气隙磁通密度为目标, 在解析法研究偏心磁极气隙磁通密度的基础上，分析了偏心距对气隙磁感应强度波形、电机性能指标的影响。
文献[3]在分析永磁电动机齿槽转矩产生机理的基础上,根据齿槽转矩解析表达式,研究了采用削角磁极对齿槽转矩的影响，同时通过有限元方法找出齿槽转矩幅值最小时对应的最佳削角。
电机绕组温度场分析及优化研究
电机绕组温度场分析及优化研究电机是现代工业中不可或缺的重要设备之一，其核心部件之一就是绕组。
绕组既是电机的能源转换介质，也是决定电机性能的关键因素之一。
电机的功率、效率、寿命等等指标都与绕组的质量有着紧密的关系。
近年来，电机绕组的温度场分析及优化已成为电机行业研究的热点之一。
一、电机绕组的温度场分析方法在电机运行中，由于绕组内部的电磁感应发热和电阻发热作用下，绕组温度会逐渐升高。
由于各个部分的绕组结构不同，所以在绕组温度分布上也会存在差异。
因此，进行电机绕组温度场分析，有利于优化绕组结构，提高电机的功率密度和效率。
目前，电机绕组温度场分析的方法主要有以下三种：1. 数值模拟法数值模拟法是目前研究电机绕组温度场分布的常用方法。
其基本思想是建立电机绕组的数学模型，通过计算机模拟的方式分析电机在不同工况下的温度场分布情况。
具体来说，数值模拟法常用的软件包括ANSYS、FLUENT等。
2. 实验方法实验方法是通过实验手段，测量电机绕组在不同负载条件下的温度变化情况，并根据测量结果进行分析和优化。
常用的实验手段有红外线热像仪、热电偶、纤维光学传感器等。
3. 解析方法解析方法是建立基于物理原理的电机绕组温度场分布模型，在此基础上，通过解析计算得出温度场分布的解析解。
常用的解析方法包括有限元法、有限体积法、边界元法等。
二、电机绕组的温度场优化方法电机绕组的温度场分布是影响电机整体性能的重要因素之一，因此，研究绕组结构优化方法，是提高电机功率密度和效率的关键。
目前，有许多方法可以有效地优化电机绕组的温度场分布，其中最常用的包括以下几种。
1. 涂层技术涂层技术是在绕组表面喷涂一层专门的保护性材料，目的是提高绕组的热稳定性和导热性。
常用的涂层材料包括氧化铝、氮化硅、热沉淀镀层等。
2. 合理铺绕合理铺绕是指将绕组的导体线依据其规格和结构特点，按照一定的规律分布在绕组槽中。
通过优化绕组的排列方式、导体线的集中密度、绕组的长度等参数，可以使绕组温度场分布更加合理，提高其工作效率。
基于有限元分析的混凝土泵车副车架优化设计_
混凝土泵车由底盘、臂架部分、底架支腿部分、副车架、泵送单元、液压系统和电气系统组成。
副车架作为承上启下的重要部件，既通过底架承受了来自臂架和支腿传递的作业载荷，又与底盘连接受到了复杂道路形成的行驶载荷。
在泵车的质量事故中，副车架和底架以及副车架和底盘的连接部位会出现板材周边焊缝以及车架母材的开裂现象(见图1)。
所以，准确地模拟副车架的实际工况，对分析失效原因，提升结构件寿命是具有重要意义的。
1 作业工况关于工程机械的副车架分析与优化，此前研究较多的对象是混凝土搅拌车，主要载荷来源于行驶工况[1-2]。
而混凝土泵车作为依靠上装作业的工程机械，其结构件的受力分析主要考虑臂架以及底架支腿所产生的动载和弯矩的影响。
不例外的，关于泵车的副车架结构分析的文献，也多为施加的作业工况下载荷[3]。
本文仍然把作业工况作为泵车副车架受力分析的第一类情形。
泵送工况下，前后支腿完全伸展到位，垂直油缸完全支撑起整机并保持底盘轮胎离地或者不受力，位移边界作用于前后支腿垂直油缸的支撑点上，如图2所示。
臂架完全伸展水平，保持整机处于最大的倾翻弯矩作用下。
根据臂架所处的位置，作业载荷又可分为八种工况，其中工况5正后方属于禁止布料区域予以舍弃，见图3所示。
副车架及底架支腿的有限元CAE模型设置，见表1。
各部件之间的焊接以及装配关系通过单元耦合或者刚性单元连接来模拟，这类前处理细节在相关文献中已有介绍说明[3]，不是本文的重点，不再赘述。
2 行驶工况研究行驶载荷对泵车副车架的影响，首先需建立相应的有限元模型。
由实际工况可知，当前后支腿收缩到位，底盘轮胎着地，需通过梁单元（BEAM188）模拟底盘钢板或者气囊以及车轴，无需建立轮胎模型，位移边界作用于车轴端部。
基于有限元分析的混凝土泵车副车架优化设计Optimized Design for Concrete Pump Truck Frame Based on Finite Element Analysis黄大为1 易 滔2 许 宁2 杨 毅2（1.国家混凝土机械工程技术研究中心，湖南 长沙 410000；2.中联重科股份有限公司，湖南 长沙 410000）摘要：本文在分析混凝土泵车副车架受到常规的作业载荷外，提出了涉及行驶载荷的三种工况。
基于ANSYS的压力容器有限元分析及优化设计
317压力容器是一种能够承受压力的密闭容器，广泛应用于煤化工生产领域。
煤化工生产作业环境苛刻，需要其外壳具备较高的强度，保护内部电子元器件不被损坏。
为验证压力容器的耐压性能，需根据其工作条件设计压力容器，将机器人安装在压力容器内部，对压力容器进行加压以模拟其高压工作环境，检测外壳的耐压性能是否符合要求。
本文基于国标 GB150-2011中关于压力容器的规定，完成压力容器的各项参数的计算取值。
利用 ANSYS 有限元仿真软件对其进行校核，对该压力容器工作状态下的应力及变形情况进行分析，判断其结构强度及 O 形圈的密封效果是否符合要求[1]。
1 压力容器参数化设计 对实际工况进行分析，根据要求完成压力容器的初步设计，结构如图 1 所示。
图1 压力容器三维模型该压力容器主要由两部分组成：压力舱和平盖，两个部件通过螺栓连接，平盖挤压压力舱端面上的 O 形圈完成密封。
由于采用水作为介质进行加压维持压力舱内压力处于预定值，压力容器需经常浸泡在水环境中，容易腐蚀生锈，会对密封结构造成破坏，且存在安全隐患，因此采用不锈钢完成该压力容器的设计和制造。
平盖所承受的应力较大，工作时容易产生较大变形导致 O 形圈密封失效，因此平盖需采用高强度不锈钢材料。
20Cr13是一种常用的高强度马氏体不锈钢材料，具有高抗蚀性、高强度、高韧性和较强抗氧化性，被广泛应用于制造各种承受高应力的零件。
基于20Cr13的优良性能，选用该材料用于平盖的设计和制造[2]。
与平盖相比较，压力舱承受应力相对较小，选用 304 不锈钢用于压力舱的设计和制造。
基于国标 GB150-2011 关于压力容器的规定，对压力容器各部分的参数进行计算如下：（1）壳体厚度计算： 圆筒厚度计算公式如下：[]c ii c P D −=φσδ2P（1）式中，σ为圆筒壳体计算厚度（mm）；p c 为计算压力（MPa）；D i 为圆筒内直径（mm），[σ]i 为壳体材料的许用应力（MPa），φ为焊接接头系数。
电机有效电磁设计优化技术研究
电机有效电磁设计优化技术研究电机是最常见的电动机器之一，其在工业生产和日常生活中都扮演着重要的角色。
有效的电机设计和优化技术是保证电机性能和效率的关键，对于提高电机的工作效率和延长其使用寿命具有重要意义。
在电机设计过程中，有效的电磁设计是至关重要的。
电磁设计直接影响到电机的功率密度、效率和冷却效果。
通过优化电机的电磁设计，可以有效地提高电机的性能和效率。
在研究中，我们探讨了不同的电磁设计方法，包括有限元分析、磁场计算和电磁场优化等技术。
有限元分析是电磁设计中常用的建模方法之一。
通过有限元分析，可以详细地研究电机的磁场分布和磁通密度，从而优化电机的结构和磁场分布。
磁场计算是另一种常用的电磁设计方法，通过计算得到电机内部各处的磁场分布，可以帮助设计人员更好地理解电机的工作原理和优化电机的设计。
除了传统的电磁设计方法，电磁场优化技术也逐渐成为电机设计中的热门话题。
电磁场优化技术通过优化电机的线圈布局、磁铁形状和磁场分布等参数，可以有效地提高电机的功率密度和效率。
通过模拟和实验验证，我们发现采用电磁场优化技术设计的电机，在同样体积下可以实现更高的功率输出和效率。
另外，电机有效电磁设计优化技术也需要考虑电机的绝缘设计和散热设计。
良好的绝缘设计可以提高电机的耐久性和安全性，而有效的散热设计可以降低电机的温升，提高其工作效率。
在研究中，我们采用了不同的绝缘材料和散热方法，通过仿真和实验验证，找到了最优的电磁设计参数和工作条件。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，电机有效电磁设计优化技术是提高电机性能和效率的关键。
通过有限元分析、磁场计算和电磁场优化等技术，可以优化电机的结构和磁场分布，从而提高电机的功率密度和效率。
在未来的研究中，我们将继续深入探讨电机的电磁设计优化技术，为电机行业的发展和创新提供更多有价值的研究成果。
基于ANSYS Workbench的多层缠绕卷筒的结构优化设计
关键词 ： 多层缠绕卷筒 ； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ； 有限元分析 ； 结构优化
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ １ ５ — ０ ３
件作 为工具 ， 对某起 重机 多层卷绕卷 筒进行整体有限元分析。在综合考虑卷 筒端侧板对卷筒承裁能力的影响下 ， 根据分 析的结果对卷 筒壁厚 ６和端侧板厚度 ｈ进行整体 结构 的优化 ， 并与传统方法进行比较 ， 获得传统方 法难以分析 的局部 区 域应 力状态。为大起 重量 、 大起升高度 吊装起重机 多层卷筒的结构研 究与构造的优化改进提供 参考。
ｂ ｓｉ ａ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ，ａ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｎ ｌ ａ ｙ ｓ ｓ ｉ ｆ ｏ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｍｕ ｈ ｉ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｄ ｒ ｕ ｍ ｗ ｈ ｃ ｉ ｈ ｉ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｉ ｓ ｐ ｒ ｖｉ ｏ ｄ ｅ ｄ ．
（ 西南交通大学 机械工程研究所 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）