Магнитоэлектрического двигателя (ЛМД)

В магнитоэлектрических устройствах постоянные магниты используются для возбуждения магнитного потока, который распространяется в пространстве устройства или модели по замкнутому пути. Такие замкнутые пути образуются ферромагнитными и неферромагнитными элементами конструкции и называются магнитными цепями. Магнитная цепь содержит различные зазоры. Подвижная часть магнитоэлектрического устройства является якорем и может состоять в зависимости от конструкции устройства из одной или нескольких обмоток, обтекаемых током, или одного или нескольких постоянных магнитов, соединенных между собой частью стального сердечника c явно выраженными полюсными наконечниками. Воздушный зазор между якорем и неподвижным стальным сердечником называется технологическим (рабочим), остальные зазоры на пути магнитного потока являются паразитными. Магнитный поток, возбуждаемый фиктивной намагничивающей силой постоянного магнита, замыкающийся через технологический зазор и сцепляющийся с витками обмотки, называется основным, а все остальные потоки, замыкающиеся по путям, проходящим вне зоны обмотки с током – потоками рассеяния. Магнитный поток, возбуждаемый намагничивающей силой обмотки, проходящий по тому же пути, что основной магнитный поток, является потоком реакции. Этот поток искажает результирующее магнитное поле в рабочем зазоре, что создает дополнительные трудности в определении тягового усилия, противо-ЭДС и индуктивности обмотки магнитоэлектрического устройства, а также при решении задачи оптимизации его магнитной системы по выбранному критерию оптимальности. Конфигурация магнитных цепей магнитоэлектрических, также как и электромагнитных устройств разнообразна и зависит от их назначения. Существуют два основных типа магнитных систем: разветвленные и неразветвленные (последовательные). В неразветвленных магнитных цепях основной магнитный поток проходит последовательно через все участки. В разветвленной цепи основной магнитный поток разделяется на отдельные параллельные потоки. Магнитные цепи магнитоэлектрических устройств могут при этом формироваться с использованием постоянных магнитов, намагниченных как в осевом, так и в радиальном направлении.

Магнитная система линейного магнитоэлектрического двигателя
(рис.4.1, а) содержит: неподвижный сплошной внутренний 5 и внешний 6 магнитопровод, две пары медных безкаркасных обмоток 3, и подвижный якорь, изготовленный из сегментных постоянных магнитов 1 на основе соединений редко земельных материалов (РЗМ), намагниченных в радиальном направлении. Якорь расположен на направляющих рейках 2, которые помещены на подшипники скольжения 4. Системы постоянных магнитов разнополярны и отделены от магнитопровода и обмоток воздушными зазорами. Магнитная система линейного магнитоэлектирческого двигателя обладает осевой симметрией, что позволяет выделить в качестве области моделирования только часть магнитной системы относительно оси симметрии (рис. 4.1, б).

Принцип работы линейного магнитоэлектрического привода основан на взаимодействии магнитных полей обмоток (3) и постоянных магнитов (1) якоря, результатом которого является возвратно-поступательное перемещение якоря вдоль направляющих реек. Закон движения якоря формируется формой питающего тока обмоток двигателя.

Для исследования магнитного поля базовой конструкции ЛМД с помощью программы ANSYS/Multiphysics была построена расчетная схема магнитной системы двигателя (рис. 4.2, а), где использовались следующие обозначения для подобластей модели: A1-A8, характеризующие магнитные свойства материалов различных областей модели: А1 – воздушная среда (относительная магнитная проницаемость ; А2 – литая сталь ; А3, А4, А5, А6 – соответственно, внутренние и внешние обмотки, изготовленные медным проводом ; А7, А8 – постоянные магниты, изготовленные из соединений на основе РЗМ (марка сплава Нм30Ди6Р имеет ).

В качестве исходных данных для расчета магнитного поля использовались также геометрические размеры магнитной системы базовой конструкции ЛМД (рис.3.2, б). В областях модели, занятых током, расчетная плотность тока составляет . Коэффициент заполнения по меди равен 0.4.

1. Задание класса решаемой задачи (Preferences)

Задание класса позволяет отфильтровать главное меню и окна диалога так, чтобы в них присутствовали только пункты присущие только для этого класса задач (механические, термические, гидравлические, электромагнитные, электрические).

Выберите пункт меню MM> Preferences.

На экране появится окно диалога Preferences for GUI Filtering (настройки для фильтрации графического интерфейса). В верхней части окна выбирается тип анализа, а в нижней – указывается фильтрация свойств метода решения задачи. Для всех классов задач по умолчанию используется h-method. Указав p-method Struct пользователь может выбрать только структурный анализ (Structural в верхней части окна), а при указании p-method Electr, доступен только класс задач, связанный с пьезоэлектрическими процессами.

Для электромагнитного анализа нужно отметить галочкой в разделе Electromagnetic пункты Magnetic-Nodal и Magnetic-Edge. и отфильтровать возможности метода, оставив включенным пункт h-method (рис 4.3). Нажмите «OК».