兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (7): 2159-2170.doi: 10.12382/bgxb.2023.0252
贾光勇, 孙兆龙, 黄垂兵*(), 周炜昶, 卯寅浩, 雷招然
收稿日期:
2023-03-24
上线日期:
2023-06-03
通讯作者:
基金资助:
JIA Guangyong, SUN Zhaolong, HUANG Chuibing*(), ZHOU Weichang, MAO Yinhao, LEI Zhaoran
Received:
2023-03-24
Online:
2023-06-03
摘要:
针对电磁发射用永磁同步直线电机的磁场解析及推力波动优化问题,建立单边发射电机磁场解析模型,利用矢量磁位及边界条件,分别对次级Halbach永磁阵列及初级六相绕组磁场进行解析,得到气隙磁场分布,进而建立单边发射电机主要结构参数与电磁推力间的函数关系。选取永磁阵列极弧系数及厚度、初级绕组宽度及厚度4个参数作为优化变量,利用遗传算法寻找设计变量的最优组合,使发射电机单边电磁推力波动最小化。分析结果表明:磁场解析结果精度较高,电磁推力计算误差满足工程分析的需要;优化后的单边发射电机平均推力提升1.21%,峰均力比下降62.688%,通过解析及仿真结果的对比验证了理论推导的正确性及优化方法的合理性。
中图分类号:
贾光勇, 孙兆龙, 黄垂兵, 周炜昶, 卯寅浩, 雷招然. 电磁发射用永磁同步直线电机磁场解析及推力波动优化[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2159-2170.
JIA Guangyong, SUN Zhaolong, HUANG Chuibing, ZHOU Weichang, MAO Yinhao, LEI Zhaoran. Magnetic Field Analysis and Thrust Fluctuation Optimization of Permanent Magnet Synchronous Linear Motor for Electromagnetic Launch[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(7): 2159-2170.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
相数 | 6 | 绕组间距/mm | 2 |
极距/mm | 72 | 气隙长度/mm | 5 |
铁芯长度/mm | 3742 | 永磁阵列极对数 | 6 |
铁芯厚度/mm | 12 | 永磁阵列厚度/mm | 10 |
绕组截面积/mm2 | 30 | 永磁阵列高度/mm | 275 |
绕组极对数 | 26 | 径向充磁永磁体宽度/mm | 28.8 |
绕组宽度/mm | 10 | 轴向充磁永磁体宽度/mm | 43.2 |
绕组厚度/mm | 3 | 绕组高度/mm | 259.6 |
表1 发射电机初始结构参数
Table 1 Initial structural parameters of launch motor
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
相数 | 6 | 绕组间距/mm | 2 |
极距/mm | 72 | 气隙长度/mm | 5 |
铁芯长度/mm | 3742 | 永磁阵列极对数 | 6 |
铁芯厚度/mm | 12 | 永磁阵列厚度/mm | 10 |
绕组截面积/mm2 | 30 | 永磁阵列高度/mm | 275 |
绕组极对数 | 26 | 径向充磁永磁体宽度/mm | 28.8 |
绕组宽度/mm | 10 | 轴向充磁永磁体宽度/mm | 43.2 |
绕组厚度/mm | 3 | 绕组高度/mm | 259.6 |
最大值与 最小值 | 设计变量 | |||
---|---|---|---|---|
αp | hm/mm | ωc/mm | hc/mm | |
最大值 | 0.9 | 12 | 11 | 7 |
最小值 | 0.1 | 8 | 7 | 3 |
表2 设计变量约束范围
Table 2 Design variable constraint scope
最大值与 最小值 | 设计变量 | |||
---|---|---|---|---|
αp | hm/mm | ωc/mm | hc/mm | |
最大值 | 0.9 | 12 | 11 | 7 |
最小值 | 0.1 | 8 | 7 | 3 |
组别 | 优化变量 | |||
---|---|---|---|---|
αp | hm/mm | ωc/mm | hc/mm | |
第1组 | 0.3203 | 10.1 | 11.4 | 5.1 |
第2组 | 0.8605 | 11.654 | 11.623 | 3.508 |
第3组 | 0.8553 | 11.6 | 7.9 | 6.7 |
表3 设计变量优化结果组合
Table 3 Design variables to optimise the combination of results
组别 | 优化变量 | |||
---|---|---|---|---|
αp | hm/mm | ωc/mm | hc/mm | |
第1组 | 0.3203 | 10.1 | 11.4 | 5.1 |
第2组 | 0.8605 | 11.654 | 11.623 | 3.508 |
第3组 | 0.8553 | 11.6 | 7.9 | 6.7 |
组别 | 设计变量优化值 | |
---|---|---|
单边平均推力Fxavg/kN | 峰均力比百分值/% | |
原始组 | 19.287 2 | 0.607 8 |
第1组 | 18.956 7 | 0.173 4 |
第2组 | 19.521 8 | 0.226 8 |
第3组 | 19.931 8 | 0.509 6 |
表4 推力波动优化结果对比
Table 4 Comparison of thrust fluctuation optimization results
组别 | 设计变量优化值 | |
---|---|---|
单边平均推力Fxavg/kN | 峰均力比百分值/% | |
原始组 | 19.287 2 | 0.607 8 |
第1组 | 18.956 7 | 0.173 4 |
第2组 | 19.521 8 | 0.226 8 |
第3组 | 19.931 8 | 0.509 6 |
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