maxwell仿真软件在直线振荡电机中的应用

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1、Maxwell仿真软件在直线振荡电机中的应用邓伟峰中科院上海技术物理研究所200083摘要：本文基于ANSYSMaxwell电磁仿真软件，对一台用于线性压缩机的直线振荡电机进行了2D建模与计算，分析了软件在电机动态仿真中的优势，研究了电机的静态比推力和不同工作频率下的电磁与动力学特性。针对仿真结果，设计实验测量了电机在相同工况下的动态运行参数，结果表明，应用Maxwell软件建立的直线振荡电机模型修改性好，观测性强，仿真结果具有很高的精度，对工程实践具有重要的指导意义。关键词：Maxwell软件；直线振荡电机；2D建模；动态仿真；实验测量SimulationofLine

2、arOscillatingMotorUsingMaxwellWeifengDengShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200083Abstract:BasedonANSYSMaxwell,bothtwo-dimensionalandthree-dimensionalmodelshavebeenbuiltforalinearoscillatingmotor.AdvantagesofMaxwellintransientsimulationareanalyzed.Asurve

3、yismadetoinvestigatethestaticspecifiedmagneticforceaswellasthetransientcharacteristicsofelectromagnetismanddynamicsfordifferentfrequencies.Accordingly,experimentalmeasurementswereconductedtoverifythetransientsimulation.It’sindicatedthatthemodeloflinearoscillatingmotorbasedonMaxwellisconv

4、enienttoadjustandobserve.Agoodagreementhasbeenobtainedbetweensimulationandmeasurement.Thesimulationhasanimportantmeaningonengineeringpractices.Keyword:Maxwell;linearoscillatingmotor;2Dmodeling;transientsimulation;experimentalmeasurement1前言随着空间用多元线列和面阵红外焦平面探测器的广泛应用，迫切需要高效、轻量化、大冷量的低温制冷机，尤其

5、在军事空间应用中，需要在当前制冷技术的一些方面进行一些改进，比如更大的制冷量、更小的体积重量、更高的效率、更加稳定的性能以及超过10年的寿命。而线性压缩机技术决定着整机的性能和可靠性。近些年来，各国研究机构对低温制冷机用线性压缩机技术做了大量研究工作，有力推动了低温制冷机的发展。到目前为止，国内外绝大多数线性压缩机研究中都采用了直线同步振荡电机作为线性压缩机的驱动器[1-6]。此类电机能够利用电磁力和弹簧共振原理，自动产生高频往复直线运动，可直接推动与动子连接的活塞往复运动。直线振荡电机作为线性压缩机的核心部件，采用高效的永磁材料，动子质量小，结构更加紧凑，机械效率更高

6、。目前依据传统的计算公式无法获取电机端部效应、磁饱和以及材料非线性性能所带来的影响，因此不能准确地计算直线电机性能。采用有限元方法对经典的麦克斯韦理论方程进行解析可以获得电磁场空间参数和电路参数，通过这些物理参数判定电机性能，进而为电机的结构优化设计提供理论指导。本文利用ANSYSMaxwellV15.0对一台直线振荡电机静动态电磁特性和动力学特性进行了仿真模拟，给出了43Hz、45Hz、47Hz和50Hz工频下电机的动态电流、反电势、动子位移的变化规律，与实验结果具有较好的吻合性，证明了模型的正确性，体现了软件在工程设计中的准确性和便捷性。2直线振荡电机模型建立与仿真

7、2.1电机结构与原理简介直线振荡电机基本结构如图1所示，其是利用通电导线在磁场中受到安培力作用的原理而设计的。电机的采用永磁体励磁，这样既可以使电机的结构更加简单紧凑，又有利于提高能量利用率和电机效率。通电线圈为电机的运动部件，当加载交流电时，通电线圈在磁场的作用下产生交变的轴向电磁推力，气隙磁密中的线圈带动压缩活塞在轴向做往复直线运动。图1直线振荡电机结构示意图直线振荡电机是一个电-机械-声耦合系统，其控制方程如下：didxut()=++iRLK(1)dtdt2dxdx1FM=++−+ckxx()f(2)e20dtdt2式（1）为电参数