电磁阻尼器力矩特性的仿真研究

论文摘要

本文研究的电磁阻尼器是一种特殊结构的空心杯发电机，它主要用于对能量的吸收和耗散，达到减振消能的目的，是具有很高单位耗能的能量吸收元件。电磁阻尼器的应用十分广泛，已涉及航天、航空、电力等诸多领域，有着广阔的市场前景。 电磁阻尼器的力矩特性直接影响它对能量的吸收和耗散。目前，关于电磁阻尼器力矩特性研究的文献很少，在仅有的一些文献中，提到的力矩特性计算式又不完全一致。针对这种情况，本文用电磁场分析软件建立了电磁阻尼器的仿真模型，仿真分析了电磁阻尼器阻尼力矩与定子、转子结构参数的关系。 文中简要介绍了常规空心杯电机与电磁阻尼器的结构、发展和应用，基于Ansoft公司的电磁场分析软件Maxwell 2D学生版软件建立了电磁阻尼器静磁场的二维仿真模型，分别对不同充磁方向、极弧系数、磁极对数的气隙磁密分布进行了静态仿真分析，得出了相应结论。在此基础上，运用Infolytica公司的电磁场分析软件MagNet对电磁阻尼器的二维稳态磁场进行了仿真，研究了：(1)定子磁路结构中的磁钢材料、磁钢充磁方向、定子磁极对数的改变对力矩特性的影响；(2)转子结构参数中的转子长度、转子材料、转子厚度、转子平均直径、转子转向的改变对力矩特性的影响。根据所得的阻尼力矩仿真数据，基于Excel软件的曲线拟合和Matlab软件对拟合曲线进行的数值分析，求得了力矩特性斜率与上述参数的关系式。此关系式为探索电磁阻尼器的工程设计方法提供了一定理论依据，具有重要的工程应用价值。最后，本文将仿真计算得到的阻尼力矩值与实验测得的阻尼力矩值进行了对比，分析了误差产生的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.1.1 空心杯电机的结构特点与发展状况
• 1.1.2 电磁阻尼器的工作原理与应用
• 1.1.3 电磁阻尼器的研究现状与研究意义
• 1.2 论文内容
• 1.2.1 电磁阻尼器的结构模型
• 1.2.2 主要工作
• 第2章 电磁阻尼器静态二维磁场的仿真
• 2.1 电磁场分析软件 Maxwell 2D学生版软件概述
• 2.2 仿真建模
• 2.3 充磁方向对气隙磁密分布的影响
• 2.4 磁极对数对气隙磁密分布的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 电磁阻尼器稳态二维磁场的仿真
• 3.1 电磁场分析软件 MagNet的概述
• 3.2 建模与仿真
• 3.3 步长与步数的研究
• 3.3.1 理论依据
• 3.3.2 仿真步长的确定与阻尼力矩的求法
• 3.4 本章小结
• 第4章 定子磁路结构对力矩特性的影响
• 4.1 磁钢材料对力矩特性的影响
• 4.1.1 仿真模型与仿真结果
• 4.1.2 气隙平均磁密的求法
• 4.1.3 阻尼力矩与气隙平均磁密的关系
• 4.1.4 阻尼力矩与气隙磁密基波幅值的关系
• 4.1.5 力矩特性斜率的求法
• 4.1.6 力矩特性斜率与气隙磁密基波幅值的函数关系
• 4.2 充磁方向对力矩特性的影响
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 仿真研究
• 4.3 定子磁极对数对力矩特性的影响
• 4.3.1 仿真模型与仿真结果
• 4.3.2 力矩特性斜率与气隙磁密基波幅值的关系
• 4.3.3 力矩特性斜率与磁极对数的关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 转子结构参数对力矩特性的影响
• 5.1 转子长度对力矩特性的影响
• 5.1.1 仿真模型与仿真结果
• 5.1.2 阻尼力矩与转子长度的关系
• 5.1.3 力矩特性斜率与转子长度的函数关系
• 5.2 转子材料对力矩特性的影响
• 5.2.1 仿真结果
• 5.2.2 力矩特性斜率与转子材料电阻率的函数关系
• 5.3 转子厚度对力矩特性的影响
• 5.3.1 气隙长度改变，转子厚度对力矩特性的影响
• 5.3.2 气隙长度不变，转子厚度对力矩特性的影响
• 5.4 转子平均直径对力矩特性的影响
• 5.4.1 气隙长度改变，转子平均直径对力矩特性的影响
• 5.4.2 气隙长度不变，转子平均直径对力矩特性的影响
• 5.5 转子转向对力矩特性的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 仿真与实验数据的对比
• 6.1 仿真与实验数据的对比
• 6.2 误差分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 论文工作的难点、重点
• 7.3 后续展望
• 参考文献
• 附件
• 致谢
• 附录