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吴涛 等 自动化学院 IEEE Transactions on Industrial Electronics,2019,Calculation of Eddy Current Loss in a Tubular Oscillatory LPMSM Using Computationally Efficient FEA

近日,国际顶级期刊《IEEE Transactions on Industrial Electronics》(IF =7.1 )刊发了我校自动化学院吴涛副教授团队在永磁直线振荡同步电机涡流损耗计算方面研究的新成果——Calculation of Eddy Current Loss in a Tubular Oscillatory LPMSM Using Computationally Efficient FEA(一种采用高效数值计算与有限元联合的永磁直线振荡同步电机涡流损耗计算方法)。该文第一作者为吴涛副教授,通讯作者为悉尼大学Jianguo Zhu教授。

直线永磁同步电机(LPMSM)在工业等领域有着越来越广泛的应用,特别是在高速高精度伺服系统中、线性振荡执行器(LOA)系统(冰箱/压缩机)、磁悬浮推进系统。LPMSM避免了旋转到线性的转换机制,直接产生直线运动,有利于结构简化和工作效率的提高。由于圆筒型有铁芯叠层制造工艺的复杂性,无铁芯无槽LPMSM是一种经济实用、推力波动小、重量轻、加速度性能高的直线电机。它不像平板直线电机具有横向边缘效应,非常适合一些圆柱形应用,如线性压缩机,电力开关柱塞螺线管,电磁锤等。

由于动子和定子之间的开放结构,直线永磁同步电机的涡流损耗因其相对较小的数量和良好的散热性能而被长期忽略。然而,在一些特殊的高速振荡应用中,涡流损耗应该充分考虑。针对圆筒振荡直线永磁同步电机的涡流损耗,该论文提出一种基于静态场有限元的高效计算方法(CE-FEA)。由于动子速度随时间变化及振荡运动的对称性,引入1/4周期内的等分模型来计算平均永磁体PM涡流损耗,在考虑线圈进入和离开磁场效应以及线圈末端效应的同时,通过有限元静态场以18个间隔计算PM中的磁通密度曲线,并由该曲线分析磁通密度的变化率来带入CE-FEA模型,计算结果表明,涡流损耗明显集中在线圈两端附近的永磁体PMs中。Ansoft有限元2D3D瞬态场仿真结果和样机损耗实验验证本方法有效性和计算精度。

论文提出的新计算方法具有快速、准确优点,能够有助于帮助分析高频直线振荡电机发热严重问题。对改进目前最新电磁振动钻进工具发热问题中提供很好分析方法和思路。

 

论文信息:

Title: Calculation of Eddy Current Loss in a Tubular Oscillatory LPMSM Using Computationally Efficient FEA

Author(s): Tao Wu, Kang Lu, Jianguo Zhu, Gang Lei, Youguang Guo, Shengwen Tang

Source: IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 8, pp. 6200-6209

DOI: 10.1109/TIE.2018.2874586

Published: August 2019

全文链接https://ieeexplore.ieee.org/document/8495034