ANSYS无刷直流电机的有限元分析+文献综述(3)
1．力电机
力电机是指单位输入功率所能产生的推力，或单位体积所能产生的推力，主要用于在静止物体上或低速的设备上施加一定的推力的无刷直流电机。它以短时运行、低速运行为主，例如阀门的开闭、门窗的移动、机械手的操作、推车等等。这种电机效率效低，甚至为零(如对静止物体上施加推力时，效率为零)，因此，对这类电机不能用效率这个指标去衡量它，而是用椎力／功率的比来衡量，即在一定的电磁推力下，其输入的功率越小，则说明其性能越好。
2．功电机
功电机主要作为长期进续运行的无刷直流电机，它的性能衡量的指标与旋转电机基在一样，即可用效率、功率因数等指标来衡量其电机性能的优劣。例如高速磁悬浮列车用无刷直流电机，各种高速运行的输送线等等。
3．能电机
能电机是指运动构件在短时间内所能产生的极高能量的驱动电机，它上要是在短时间、短距离内提供巨大的直线运动能，例如导弹、鱼雷的发射，飞机的起飞及冲击、碰撞等试验机的驱动等等。这类无刷直流电机的主要性能指标是能效率(能效率＝输出的动能／电源所提供的电能)。
无刷直流电机按其工作原理可分为两个大的方面，即直线电动机和直线驱动器。如图1-1所示。直线电动机包括交流直线感应电动机、交流直线同步电动机、直线直流电动机和直线步进(脉冲)电动机、混合式直线电动机等。直线驱动器包括直线振荡电动机、直线电磁螺线管电动机、直线电磁泵、直线超声波电功机等。
1.3 无刷直流电机的工作原理
无刷直流电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是将一台旋转电机沿径向剖开，并展成平面而成，如图1-2所示。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。无刷直流电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。
将图1－3a所示的旋转电机在顶上沿径向展开，并将圆周拉直，变得到了图1－3b所示的无刷直流电机。在这台无刷直流电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。当不考虑绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。当不考虑由于铁心两端开断而引起的纵向边端效应时，这个气隙磁场的分布情况与旋转电机的相似，即可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A，B，C相序沿直线移动。这个原理与旋转电机的相似，两者的差异是：这个磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。
旋转电机的工作原理 无刷直流电机的基本工作原理
1－定子 2－转子 3－磁场方向 1－初级 2－次级 3－行波磁场
显然，行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，即为 （m/s），称为同步速度，且
(1.1)
1.4 有限元分析及相关软件的简介
1.4.1有限元分析简介
目前在工程技术领域内常用到的数值模拟方法有:有限单元法,边界元法,离散单元法和有限差分法,但就其实用性和应用的广泛性而言,主要还是有限单元法。有限单元法的基本思想是将问题的求解域划分为一系列单元，单元之间仅靠节点连接。单元内部点的待求量可由单元节点量通过选定的函数关系插值求得。由于单元形状简单，易于由平衡关系或能量关系建立节点量之间的方程式，然后将各个单元方程“组集”在一起而形成总体代数方程组，计入边界条件后即可对方程组求解。单元划分越细。计算结果就越精确。