基于ANSOFT的直线磁阻电机力移特性分析

杨晓晨+于天达

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室 四川成都 610213）

摘要：利用有限元仿真软件ANSOFT对直线磁阻电机的动子齿顶宽、动子齿底宽、单边气隙和永磁体厚度等关键参数开展参数化分析，得到力移特性曲线族，从中优选出最佳电磁结构参数组合。

关键词：力移特性；ANSOFT；磁阻电机

0 引言

力移特性是磁阻电机在固定励磁状态下所具有的特性，是动子所受电磁推力和动子位置之间的关系，可以用于衡量关键电磁结构参数设计是否合理。在电磁结构基本确定的前提下，分别对动子齿宽、单边气隙和永磁体厚度等关键尺寸开展参数化分析。

1 仿真模型

计算采用了图1所示的1/6轴对称有限元模型（其力能计算结果为完整模型的1/6），由控制线圈、磁极模块、永磁体和动子共同组成。模型中各部件材料及电磁性能需根据实际情况指定。

2 边界条件与源

边界条件施加在背景区域的边界上。模型可近似认为与其它磁场源和电流源是隔离的，因此需要在求解区域的外边界上施加“balloon”边界条件，即求解区域的边界延长到无限远，在无限远处Az或Aφ为零。

计算采用电流源，用安匝数（即磁通势Fm）表示。为便于电流源加载，需定电流运行的相序。按照任意相序中的激磁安匝进行电流源设置，通过动子位置扫描分析，即可得到该励磁状态下的机构力移特性。

3 變量设置

定义变量并添加进变量列表，变量如下：

W1：1/2齿底宽，mm。W1=2、3、4、5、6；

W2：1/2齿顶宽，mm。W2=2、3、4、5、6；

δ：单边气隙，mm。δ=2.5、3.0；

dp：1/2永磁体厚度，mm。dp =2、2.5、3。

4 仿真结果分析

图1为仿真得到的不同电磁结构参数组合下的力移特性曲线族，其中最大输出电磁力超过6×334N=2000N的组合有65组。选出=2.5mm和=3.0mm时最大的一组列于表1。组合1的电磁力更大，达到6×483N=2898N。

计算结果表明，气隙对输出电磁力的影响较大，气隙增加导致电磁力下降。但是在确定气隙时，并非越小越好，还应综合考虑机械阻力、零部件的可加工性与机械强度等多重因素。

5 结论

建立了1/6电磁结构模型，在运行参数和主要结构确定的前提下，利用ANSOFT软件，对动子齿顶宽、动子齿底宽、单边气隙和永磁体厚度等关键电磁结构参数开展了设计分析，获得了=2.5mm和=3.0mm 两种气隙的最佳电磁结构参数组合。

作者简介：

杨晓晨（1980—），男，辽宁锦州人，中国核动力研究设计院高级工程师，硕士，主要从事反应堆结构设计研究。