基于ANSYS的直线电机温度场计算

基于ANSYS的直线电机温度场计算

摘要

直线电机与旋转电机相比，可算是一种较新颖的电机，主要是由于直线电机没有齿轮传动或者从旋转到直线运动的变换装置，是一种能将电机直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。这种传动装置尽管早在19世纪就有人提出，且实际生活中也存在着许多需要直线运动的场合，但过去很长时期以来，由于直线电机除本身在理论上和技术尚不够完善外，主要是因为没有发挥直线电机的长处，避免和克服它的短处，因此在需要直线运动的场合中，其驱动源几乎全部是采用技术上早已成熟的旋转电机。实践证明，直线电机只有向着其它驱动装置有困难，经济上不合算的领域发展，才能找到直线电机独特的应用领域。和旋转电机相比，直线电机的传动形式有明显的优势，如结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等。近年，随着工业加工质量和运动定位精度等要求的提高，直线电机广泛地应用在许多领域[1]。因此，本文对直线电机进行了研究。

本论文研究的是利用ANSYS软件计算直线电机温度场。本论文以钢次级圆筒型直线异步电动机为例。在学习了直线电机的有关知识，认真学习了有限元原理和传热学的知识后，利用ANSYS软件计算直线电机的温度场。建立了比较完整的理论分析模型和计算方法，对直线电机的设计与优化有着重要意义。

关键词　有限元；温度场 ；直线电机；二维温度场

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外现状 1

第2章 传热学 3

2.1 传热学的基本定律 3

2.1.1 概述 3

2.1.2 热传导定律 3

2.1.3 热传导方程 5

2.1.4 对流和辐射散热 6

2.1.5 牛顿散热定律和散热系数 7

2.2 电机稳定温升的计算 8

2.2.1 电机中的温度分布 8

2.2.2 用热路法计算电机的平均温升 9

2.2.3 用简化法计算电机的平均温升 14

2.3 本章小结 15

第3章 有限单元法在传热学中的应用 16

3.1 有限单元法的概述 16

3.2 有内热源轴对称稳定温度场 16

3.3 有限单元法的单元分析 17

3.3.1 有内热源轴对称稳定温度场 17

3.3.1.1 单元变分计算的格式 17

3.3.1.2 温度插值函数 17

3.4 有限元离散化 17

3.5 有限单元法的总体合成 18

3.6 应用计算机的有限元分析 18

3.7 本章小结 19

第4章 计算过程与计算结果 20

4.1 ANSYS软件简介 20

4.2 直线异步电动机的结构 21

4.2.1 直线异步电动机的结构型式 21

4.2.1.1 圆筒型直线电机的原理与结构 21

4.3 圆筒型直线电机的基础数据和数据计算 22

4.3.1 额定数据及主要尺寸 22

4.3.2 数据计算 23

4.3.2.1 热传导系数的计算 23

4.3.2.2 对流薄膜系数的计算 24

4.3.2.3 热源的计算 24

4.4 利用ANSYS计算直线电机的温度场 25

4.5 本章小结 30

结论 31

致谢 32

参考文献 33