为了研究不同形式绕组产生的谐波磁动势对电机推力的影响,设计了3种绕组(双层整距绕组、双层短距绕组、单层整距绕组)形式的短初级双边直线感应电机(Double Sided Linear Induction Motor,DLIM),在考虑谐波磁动势的前提下,对比不同绕组的谐波磁动势分布及其对推力特性的影响.首先分别计算在三相对称电流源激励时3种绕组产生的磁动势并利用傅里叶分解得到各次谐波;其次,建立短初级DLIM的一维场数学模型,在考虑各次磁动势谐波的情况下,采用解析法推导出短初级DLIM电磁推力的数学表达式,并分析了各次谐波磁动势对推力的影响.最后,搭建有限元仿真模型,计算推力特性并与解析结果进行比较,二者具有较好的一致性,验证了解析计算的正确性.
针对电磁弹射及空间实验系统用双边型长初级直线感应电机(double sided long primary linear induction motor,DSLPLIM)的电磁推力特性,首先根据电磁场理论,通过对初级行波电流层和次级电流的微分运算,推导出计及端部效应的直线感应电机气隙磁密的解析表达式,同时,依据洛伦兹力公式,推导出直线感应电机平均电磁推力的解析计算表达式;其次,为削弱端部效应引起的推力波动,采用发卡式全填充绕组以改善直线感应电机气隙磁密分布的正弦性(减小推力波动),同时为提升电机的电磁推力,改进现有次级板开槽结构,实现涡流路径的优化;最后,针对发卡式绕组和次级板开槽2种改进,利用推导的解析计算公式和3D有限元仿真软件,分别计算双边型直线感应电机的气隙磁密分布和电磁推力特性曲线。对比分析表明:发卡式全填充绕组的使用不仅能削弱直线感应电机的推力波动,还能有效提升电磁推力的大小,提高直线感应电机的运行性能;改进次级开槽结构可有效提升电机的电磁推力,增大推力密度。
