摘 要

往复泵的研究已经有了将近2100年的时间，最早的时候贝尔格的《活塞泵》就详细介绍了往复泵的原理和设计，对于往复泵泵阀吸入和排出过程中泵腔中的液体压力的变化规律，泵阀的运动方式等方面做了系统的研究，并在现在还在被引用。往复泵对介质具有高适应性，能在十分恶劣的环境下输送温度高、密粘度高、腐蚀性强、磨砺性强等介质，在加上它的排压高，流量适应范围广的特点，往复泵能在工农业、军用和民用、科研和生产等地方发挥着重要作用。

影响往复泵发展的最大因素是泵中间开关机构过多，导致整机结构过于复杂，零部件易磨损，使用寿命低。往复泵是直线运动的，所以输出直线运动的动力源应该用来实现“零传动”模式，该模式去除这些中间传动机构并解决这些约束，本文所设计的电机就是圆筒型直线电机的一种形式，而双凸极永磁电机系统控制不死板、动态响应比以往的SR电机快、调速特性也比以往的SR电机好、转矩电流比大。它还可以实现各种特殊的扭矩/速度特性且效率高，因此研究设计此电机有着巨大的意义。

在本文第二章中详细介绍了圆筒型两相双凸极永磁电机的二维、三维结构图与基本原理，随后对电机结构的一些参数进行了设计；在第三章中简单介绍了直线电机作为往复泵动力系统如何优于旋转电机后，再根据直线电机的机构和运行方式，在确定流量、泵压和直线电机推力的情况下，根据往复泵的设计技术推导出往复泵的主要结构参数；在第四章中采用2D瞬态有限元建立电机模型、设置电机模型材料、进行电机网格划分且求解，通过软件对圆筒型两相双凸极永磁电机的静态特性进行仿真分析并得出电机作为电动机时的受力分析，初步探讨电机的可行性。

关键词：有限元分析 往复泵 直线电机 双凸极

ABSTRACT

Reciprocating pump research already has nearly 2100 years,in the earliest time, Beierg "piston pump" on the reciprocating pump in detail the principle and design, the pump suction and discharge process of the reciprocating pump valve cavity, the change rule of the liquid pressure in the movement of the pump valve mode made a systematic study, and in still cited.Reciprocating pump has a high adaptability to the medium, can be in a very harsh environment conveying high temperature, high viscosity, corrosive, abrasive and other media, in addition to its high discharge pressure, flow to adapt to a wide range of characteristics, reciprocating pump can play an important role in industry and agriculture, military and civilian, scientific research and production and other places.

The biggest factor affecting the development of reciprocating pump is the excessive switch mechanism in the middle of the pump, which leads to the over-complex structure of the whole machine, easy wear of parts and low service life.Reciprocating pump is a straight line, so the output linear motion of the power supply should be used to realize "zero transmission" pattern, this pattern to remove these intermediate transmission mechanism and solve these constraints, in this paper, the design of the motor is a form of cylinder linear motor, and is doubly salient permanent magnet motor control system flexible, fast dynamic response of SR motor than in the past, regulating performance is better than the previous SR motor, the torque current than the big.It can also achieve various special torque/speed characteristics and high efficiency, so it is of great significance to study and design this motor.

In the second chapter, the two-dimensional and three-dimensional structure diagrams and basic principles of the cylindrical two-phase and double-salient permanent magnet motor are introduced in detail, and then some parameters of the motor structure are designed.In the third chapter, it briefly introduces how the linear motor as the reciprocating pump power system is better than the rotary motor. Then, according to the mechanism and operation mode of the linear motor, under the condition of determining the flow, pump pressure and linear motor thrust, the main structural parameters of the reciprocating pump are deduced according to the design technology of the reciprocating pump.In the fourth chapter, 2D transient finite element method is used to establish the motor model, set up the motor model material, conduct the grid division of the motor and solve the problem. The static characteristics of the cylindrical two-phase and double-salient permanent magnet motor are simulated by software, and the force analysis of the motor as the motor is obtained.

Key words: finite element analysis；reciprocating pump； linear motor； double salient pole；permanent magnet

目录

摘要 I

ABSTRACT I

第一章 绪论 1

1.1 课题意义 1

1.2 往复泵 2

1.2.1 往复泵的国内外研究状况 2

1.2.2 不同结构的往复泵 2

1.3 圆筒型两相双凸极永磁电动机 5

1.3.1 圆筒型直线电机 5

1.3.2 两相双凸极永磁电动机（DSPM） 6

第二章 圆筒型两相双凸极永磁电机基本理论 8

2.1 圆筒型两相双凸极永磁电机基本结构 8

2.1.1 电机三维结构介绍 8

2.1.2 电机二维结构介绍 9

2.2 圆筒型两相双凸极永磁电机基本原理 10

2.3 电机结构参数设计 10

2.3.1 磁路磁通设计 10

2.3.2 永磁体的设计 12

2.3.3 电枢绕组的设计 14

2.4 本章小结 15

三、选取往复泵的基本参数及计算 16

3.1 采取直线电机的原因 16

3.2 基本参数的确定 16

3.3 主要结构参数的设计 16

3.3.1 n与s的选择 17

3.3.2 d的选择 17

3.4 柱塞杆选择 18

3.4.1 可靠性分析 18

3.4.2 稳定性分析 20

3.5 本章小结 21

第四章 软件Maxwell仿真分析 22

4.1 对于电磁场有限元分析原理介绍 22

4.2 对于Maxwell 软件的介绍 22

4.3 求解电机模型 23

4.3.1 采用二维仿真建立电机模型 23

4.3.2 电机模型材料的设置 24

4.3.3 有限元模型网格设置 24

4.4 仿真结果 25

4.4.1 闭合回路磁场走向仿真验证分析 25

4.4.2 气隙磁密的仿真验证分析 26

4.4.3 受力分析仿真验证分析 26

4.5本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1 总结 29

5.2 展望 29

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 课题意义

往复泵具体能解释成通过密封空间容积的周期性变化，来达到输送液体的目的，往复泵具有适应液体粘性高，不会被介质的物理和化学性质限制的优点，且往复泵的流量与排放压力无关，流量相对于稳定，所以往复泵在石油化工以及医药卫生等部门都有很大的应用前景。在当下各个领域都会有各种类型的泵的身影，但通常动力输出端都会使用旋转原动机。然而，在由旋转马达驱动的往复泵的中间有许多能量转换机构。传统往复泵由于转换效率低、结构尺寸大、零件易磨损、使用寿命低等缺点，发展和应用遇到瓶颈。

直线电机技术现阶段得到了越来越多的发展。该泵直接与直线电机一起工作，避免了中间结构，它具有简单、无接触、无磨损、无噪音、速度敏捷、精度高、无污染和强适应性等特点。随着直线电机的发展，人们自然会想到“直接引航”的方法，即取消所有由引擎驱动到工作部件的传动步骤，即由引擎驱动的部件运行。从而实现所谓的“零轮换”。直线电机的推力体积较大，灵敏度敏捷，性能好，定位精度高，自锁性能好.作为动力段的直线电机，理论上基本消除了输出流量和压力的脉动。在实际运动中，可以通过改变程序来实现两组往复泵的协调工作，改变程序还可以稳定压力和输出流量，最大限度地减小泵阀的反向影响。因此，研究直线电机驱动往复泵具有重要的意义。

DSPM系统能够受到研究者的偏爱，主要是因为它控制不死板灵活、动态响应比以往的SR电机快、调速性能也比以往的SR电机好、有简单的结构、转矩电流比大。它还可以实现各种特殊的扭矩/速度特性，功率因数接近1，效率高，圆型双凸极永磁直线电机其运行原理和DSPM运行原理一致。它将圆筒型直线电机和双凸极永磁电机的两者的优点结合起来。

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