JMAG 应用说明——永磁直线电机的齿槽分析
概述
本应用说明的目的是帮助用户理解JMAG在直线电机中使用的步骤和设置。它旨在帮助那些正在使用新分析目标的人更好地理解分析步骤和设置内容。
用户可以发送em-support@atic-cn.cn邮箱获取相应的JMAG模型。这个模型将允许您查看模型、设置和结果。你还可以从模型中创建一个模板，在分析自己的几何图形时用作模板。可以使用与分析模型数据相同的方法使用它们。关于模板的更多信息，请参考 JMAG 手册。
分析目标
分析目标
直线电机因其高响应能力、定位准确，已广泛应用于机床的载体装置和驱动单元。而想要提高直线电机的响应能力，我们需要获得比较大的推力以增强响应性；并且另一方面也需要权衡减少推力变化和吸引力的关系。而本文档会为大家介绍这方面的分析方法。
为了获得较大的推力，需要考虑材料的非线性磁性能和磁铁的退磁特性，为了评估推力的变 化，需要在建模出详细的几何图形后进行分析。这就是为什么需要用基于有限元法(FEM)的磁场分析仿真来研究它们的原因。
这篇笔记介绍了如何获得齿槽、推力变化的方法，以及在驱动过程中如何评估推力和吸引力。
分析方法
用于此分析的前提、组件、材料、绕组和驱动条件的规格如下所示。
分析假设
本研究的假设如下：
电机由定子和动子组成
定子由定子铁芯和线圈组成
动子由动子铁下心和磁铁组成
动子的运动是纯平移的
流过线圈的激励为三相正弦交流电
组件
分析目标的几何形状和各部件的名称如图 2.1 所示，各部件的规格如表 2.1 所示。
图 2.1 永磁电刷电机
表2.1 电机规格
材料
各部件的材料如表 2.2 所示，磁体的充磁方向如图 2.3 所示。
表 2.2 材料特性
图 2.2 BH 曲线(定子铁芯、动子铁芯)
图 2.3 磁钢充磁方向
绕组
绕组设置如表2.3 所示，分布式绕组接线方式如图 2.4 所示。
表 2.3 绕组规格
图 2.4 绕线方式
驱动条件
驱动条件设定见表2.4。
表 2.4 驱动器条件设定
分析结果
分析结果
齿槽力
图 4.1 为齿槽力波形；为了找出齿槽力产生的原因，本案例分析了图4.1中蓝色圈出的位置的磁通密度分布如图 4.2 所示。图4.2显示，动子末端的磁通密度分布不均匀。且这种磁路的不平衡是造成较大齿槽波纹的关键因素。
图 4.1 齿槽力波形
图 4.2 磁通量密度分布(动子位置:50 mm)
推力和吸引力
运行位置和推力的关系如图 4.3 所示，运行位置和引力如图 4.4 所示。从图中可以看出，推力和引力的周期与齿槽力的周期。因此齿槽纹波会影响推力的变化，因此为了减小推力的变化，需要将齿槽纹波做得更小。引力也与旋转机器中的径向力 相同，也就是说它受到间隙中磁通量流动的影响，因此可以通过改变槽的几何形状来减小垂直 于间隙流动的磁通量来减小引力。
图 4.3 位置与推力
图 4.4 位置与引力
来源：艾迪捷
