直线电机CAD设计.pdfVIP

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第一章绪论 第一章绪论 1.1直线电机简介 1.1.1直线电机历史及现状 (1956.1970)和实用化阶段(197l至今)。 在直线电机第一个发展阶段,直线电机基本上处于探索阶段,此时人们对直线电机的原理尚未 真正的搞清楚,理论和实验的结合不够多。在20世纪四十年代,由于第二次世界大战,直线电机的 研究工作也得以加快。美国的西屋公司在1945年就首先研制成功了电力牵引的飞机弹射器。由于此 时受控制技术的制约及直线电机天生的一些缺点,比起旋转电机来直线电机的实际应用还是属于基 本为零。 在直线电机的第二个发展阶段,随着第三次工业革命的技术发展,直线电机也得到了长足的发 展。由于控制技术和材料技术的快速发展,此时是直线电机发展的黄金时期。在1965年以后,实用 型的直线电机被逐步开发出来并且得到了实用化。 在直线电机的第三个发展阶段,直线电机进入了实用型阶段。关于直线电机的代表产品主要有 各种输送机,运煤机及磁悬浮列车。此时,在直线电机的实用化方面,日本和德国走在了前列。日 本和德国其技术各有所长,具有很强的代表性。 在军事应用方面,美国对直线电机的利用走在世界前列。美国的下一代航空母舰即采用电磁弹 射系统。2010年,美国研制的电磁炮已在实验室中成功的进行试验,其炮口动能达到33兆焦,速 度达到5倍音速。目前,其技术瓶颈主要是电能的提供,和电磁炮的材料问题,由于炮口能量过大, 所以在存在着很严重的烧蚀问题,所以需要采用特殊的金属材料。 我国的直线电机从上个世界七十年代开始。近年来,随着我国经济的发展,直线电机也得到了 长足的发展。 1.1.2直线电机的特点及分类 由于直线电机是直线往复直线运动,所以在需要直线运动的时候,想对比旋转电机而言,直线 电机具有比较高的效率。但是,直线电机相比较旋转电机其优点不仅仅于此。与旋转电机相比,首 先直线电机结构简单,所以其可靠性也相对来说较高,并且其生产成本也较少;由于其结构简单, 所以更为容易控制,所以说其控制精度和速度可以达到更大。其次,由于不存在旋转电机的旋转运 动,所以直线电机没有离心力,非常适合高速运动。近年来美军发展的电磁弹射技术和电磁炮无一 不是以直线电机为基础发展。并且,直线电机结构简单且运动中无摩擦,所以其噪声低并且损耗较 小。但是,直线电机也有其先天的缺点。首先,采用直线结构,所以存在边端效应,并且,直线电 机的气隙较旋转电机来说要大很多,这样直线电机的整体效率比选装电机要低很多。 直线电机一般来说有两种分类方法【lJ,第一种是从直线电机的结构来分,第二种是从直线电机 的功能来分。 从直线电机的结构来分的话,直线电机可以分为:扁平型、圆筒型、圆盘形和圆弧形。在这四 种类型中,其中扁平型和圆筒形最为经常使用。扁平型直线电机即电机的形状又扁又平,动子在定 l 东南大学硕士论文 子上来回做往复运动,又可以分为单边型和双边型。图1.1和图1.2即为单边型和双边型直线电机的 示意图:圆筒型直线电机的外观和平时的旋转异步电机外观上并无多大差别,结构也较为接近,只 是定子里的动子做往复直线运动而非旋转。其余两种不为多见不做说明。 P|同同日日日日日日日日日日日I 图1.1单边短初级长次级直线感应电机 按照功能来分,直线电机主要分为三种:力电机、功电机和能电机。力电机主要目的是在较短 时间内产生一定推力的直线电机,衡量其标准为力/功率而非平时常用的效率;功电机则用效率来衡 量,主要就是为了做功,适合较长时间运行;能电机是短时间内产生较多能量的直线电机,和力电 机的衡量标准类似,衡量其标准为能量/功率。 1.2有限元技术 1.2.1有限元技术简介 传统的计算电磁场的方法有图解法,模拟法。这些方法同数值方法相比较,都比数值计算方法 早产生、求解的场域较简单同时需要的工具的也比较简单。 图解法的历史比较久远,但是只能用于二维的拉普拉斯的方程的求解。其结果比较直观但是精 度对于现在的要求来说远远不够。 模拟法在数值计算方法的出现之前就发展的比较成熟。现在还有些解析方法还在工程中有所应 用,如分离变量法、保角变量法等等。分离变量法主要用于二维或者三维的拉普拉斯方程的求解并

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