换挡执行器直线驱动装置的三维电磁场分析(附件)
AMT（电控机械式自动变速器）在换挡时存在换挡品质的问题，这个问题影响汽车乘坐舒适性和燃油经济性，本文针对AMT的换挡执行器进行创新，采用动圈式永磁直线电机直接驱动汽车变速器换挡，从而解决换挡品质较差的问题。永磁直线电机是一种具有很高定位精度的新型电机。不同于其他励磁的直线电机，它采用永磁体作为励磁源。研究其磁场分布及力的特性具有重要的意义。Ansoft maxwell是一种在工程中广泛使用的有限元分析软件，采用该软件中的maxwell3D对永磁直线电机进行三维建模和三维有限元的分析和计算，并在此分析的基础上对永磁直线电机的力、场做进一步的计分析计算，这样的仿真分析对整个的电机设计过程具有十分重要的意义。关键词 AMT，直线电机，电磁场，Ansoft maxwell3D目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 直线电机国内外发展状况 1
1.3 直线电机的分类 4
1.4 Ansoft maxwell软件简介及其在电磁场领域的应用 5
1.5 本文的主要研究内容 6
2 三维电磁场有限元理论 6
2.1 三维网格剖分单元 7
2.2 三维电磁场计算原理 8
3 模型的建立 11
3.1 主要参数 11
3.2 建模过程 11
4 仿真结果分析 17
4.1 场图、云图分析 17
4.2 参数曲线观察 19
结论 19
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 课题背景及意义
汽车变速器是汽车的核心部件之一，AMT（电控机械式自动变速器）是由原来的手动变速器和干式离合器以及电控单元组成的。AMT可以实现换挡自动化，AMT的传动效率高，具有自动变速功能，结构简单，从手动变速器改造成本低，燃油经济性好，维护简单等优点，具有强大的市场潜力，而且具有自动变速的功能，同时具备手动挡和自动挡的优点。目前AMT在应用中主要存在换挡品质较差的问题，换挡时间过长造成乘坐舒适性和燃油经济性的下降，阻止了AMT的大规模应用。因此，系统深入地开展
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变速器）是由原来的手动变速器和干式离合器以及电控单元组成的。AMT可以实现换挡自动化，AMT的传动效率高，具有自动变速功能，结构简单，从手动变速器改造成本低，燃油经济性好，维护简单等优点，具有强大的市场潜力，而且具有自动变速的功能，同时具备手动挡和自动挡的优点。目前AMT在应用中主要存在换挡品质较差的问题，换挡时间过长造成乘坐舒适性和燃油经济性的下降，阻止了AMT的大规模应用。因此，系统深入地开展AMT创新技术研究，特别是进行对AMT换挡执行器的创新设计，对改善AMT换挡品质及其推广应用具有重要的意义。该论文以AMT换挡执行器直线驱动装置为研究对象，在其结构分析与设计的基础上，通过三维电磁场分析软件Ansoft maxwell3D建立三维仿真模型，进行仿真计算。根据仿真结果分析直线电机的磁路布置、场图，计算直线电机输出的力是否符合设计要求，并对设计参数进行优化分析[1]。
1.2 直线电机国内外发展状况
1.2.1 直线电机的概述
直线电机，通常我们也称作推杆马达、线性电机、直线马达、线性马达。我们生活当中最常见到的主要有三种类型，它们分别是圆筒式和U型槽式还有平板式。其中，平板式最为常见。
a)径向剖开 b）直线展开
通过上图我们可以看到，旋转电机是如何变成直线电机的。顾名思义，这种不需要任何传动转换机构的传动装置的的直线电机具有能量转换的方便性与快捷性。这种电机可以直接将电能转换为机械能，效率高，使用方便。在结构上，从电机的径向看过去，将旋转电机从径向进行解剖开来，然后将其拉伸为直线，就变成了直线电机。直线电机的工作原理与旋转电机的工作原理相似，这种能产生直线运动的而且不需要借助任何中间传动装置的直线电机，我们称之为“零传输”。在直线电机的结构中，将旋转电机的转子转化为直线电机的次级，将旋转电机的定子变为直线电机的初级。但是，在实际的生产应用中，往往需要将直线电机的次级和初级生产成不同的长度，主要是为了能够保证在直线电机行程范围之内，它的次级和初级之间仍然能够保持较好的耦合性。直线电机的结构，可以是初级长，次级短，也可以是初级短，次级长。但是，考虑到制造成本、实际的运用情况这两个因素，目前采用的比较多的形式的还是长次级短初级的这种结构形式。
直线电机和旋转电机的工作原理是很相似的，旋转电机是将电磁力转换为旋转电机的旋转力矩，而直线电机是将电磁力转换为直线电机的推力。所以说直线电机和旋转电机可以采用相同的控制。两者均可以采用类似的或者相同的控制方式对直线电机的运动进行精确的控制。
直线电机具有如下优点：
（1）直线电机的一个最显著的优点就是省去了中间的传动机构，降低了系统复杂程度[2]，系统的传动效率有了明显的提升，大大简化了系统的结构布局，简单方便，易于维护。
（2）直线电机对散热的要求不是很高，因为直线电机的结构比较特殊，动子一般暴露在空气当中。
（3）直线电机在很短的时间内能够产生较大加速度。由于直线电机具有的特殊结构可以直接输出强大的推力，强大的推力使得与直线电机相连接的物体产生强大的加速度。
（4）直线电机能够产生很高的速度，可以很轻松的达到预设的速度。很容易达到6m/s,或者更高的速度。
（5）直线电机具有一定的特殊性，在一些特定的场合只能用直线电机来完成任务。例如，核工业中的固态金属只能运用磁悬浮列车来运输。
1.2.2 直线电机的发展概况
最近这几年，直线电机的发展速度很快，在我国的很多工程领域都有直线电机的身影。在开发和研究直线电机的过程中，我国对直线电机的相关原理、控制以及直线电机的结构设计方面都取得了较大的进步。许多机械直线运动动作都被直线电机所替代。所以说，从目前的发展趋势来看，这种电机具有很好的发展前途。
直线电机从诞生以来就已经有了一段相当长的历史，从上上个世纪40年代开始就有科学家曾经提出过直线电机的模型，但是那次实验并没有取得比较理想的结果，而是以失败告终。时至今天，已经过去了将近180多年。在这么长的时间段里，直线电机的发展历程大概可以划分为三个时期：（1840年-1955年）探索时期，（1956年-1970年）应用时期，（1971年-今天）商品化时期。
（1）探索时期
这一时期的直线电机，几乎处于萌芽状态，刚刚出现。仍然处于试验阶段。由于当时的科学技术发展水平有限，生产力水平较为低下，许多技术仍只限于理论，设计方面还存在许多缺陷，材料的加工水平低，生产制造水平低，从而导致了直线电机的可靠性低下，效率低下，一直未能真正进入应用的时期。
（2）应用时期
这一时期的直线电机的技术有了突飞猛进的发展，直线电机进入了应用时期。在这段时期，主要是一位英国的科学家带头发起直线电机的研究，并取得了一些研究成果，也发表了一些关于直线电机的理论性的文章[2]，这样的举动鼓舞着世界各地的科学家们努力的为直线电机的发展继续做着更为深入的研究。与此同时，这一时期的生产力水平也有了一定的提高，制造行业、材料行业、控制技术的快速发展使得直线电机的发展有了较大的进步。
（3）商品化时期
这一时期的直线电机已经不再
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 直线电机国内外发展状况 1
1.3 直线电机的分类 4
1.4 Ansoft maxwell软件简介及其在电磁场领域的应用 5
1.5 本文的主要研究内容 6
2 三维电磁场有限元理论 6
2.1 三维网格剖分单元 7
2.2 三维电磁场计算原理 8
3 模型的建立 11
3.1 主要参数 11
3.2 建模过程 11
4 仿真结果分析 17
4.1 场图、云图分析 17
4.2 参数曲线观察 19
结论 19
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 课题背景及意义
汽车变速器是汽车的核心部件之一，AMT（电控机械式自动变速器）是由原来的手动变速器和干式离合器以及电控单元组成的。AMT可以实现换挡自动化，AMT的传动效率高，具有自动变速功能，结构简单，从手动变速器改造成本低，燃油经济性好，维护简单等优点，具有强大的市场潜力，而且具有自动变速的功能，同时具备手动挡和自动挡的优点。目前AMT在应用中主要存在换挡品质较差的问题，换挡时间过长造成乘坐舒适性和燃油经济性的下降，阻止了AMT的大规模应用。因此，系统深入地开展
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
变速器）是由原来的手动变速器和干式离合器以及电控单元组成的。AMT可以实现换挡自动化，AMT的传动效率高，具有自动变速功能，结构简单，从手动变速器改造成本低，燃油经济性好，维护简单等优点，具有强大的市场潜力，而且具有自动变速的功能，同时具备手动挡和自动挡的优点。目前AMT在应用中主要存在换挡品质较差的问题，换挡时间过长造成乘坐舒适性和燃油经济性的下降，阻止了AMT的大规模应用。因此，系统深入地开展AMT创新技术研究，特别是进行对AMT换挡执行器的创新设计，对改善AMT换挡品质及其推广应用具有重要的意义。该论文以AMT换挡执行器直线驱动装置为研究对象，在其结构分析与设计的基础上，通过三维电磁场分析软件Ansoft maxwell3D建立三维仿真模型，进行仿真计算。根据仿真结果分析直线电机的磁路布置、场图，计算直线电机输出的力是否符合设计要求，并对设计参数进行优化分析[1]。
1.2 直线电机国内外发展状况
1.2.1 直线电机的概述
直线电机，通常我们也称作推杆马达、线性电机、直线马达、线性马达。我们生活当中最常见到的主要有三种类型，它们分别是圆筒式和U型槽式还有平板式。其中，平板式最为常见。
a)径向剖开 b）直线展开
通过上图我们可以看到，旋转电机是如何变成直线电机的。顾名思义，这种不需要任何传动转换机构的传动装置的的直线电机具有能量转换的方便性与快捷性。这种电机可以直接将电能转换为机械能，效率高，使用方便。在结构上，从电机的径向看过去，将旋转电机从径向进行解剖开来，然后将其拉伸为直线，就变成了直线电机。直线电机的工作原理与旋转电机的工作原理相似，这种能产生直线运动的而且不需要借助任何中间传动装置的直线电机，我们称之为“零传输”。在直线电机的结构中，将旋转电机的转子转化为直线电机的次级，将旋转电机的定子变为直线电机的初级。但是，在实际的生产应用中，往往需要将直线电机的次级和初级生产成不同的长度，主要是为了能够保证在直线电机行程范围之内，它的次级和初级之间仍然能够保持较好的耦合性。直线电机的结构，可以是初级长，次级短，也可以是初级短，次级长。但是，考虑到制造成本、实际的运用情况这两个因素，目前采用的比较多的形式的还是长次级短初级的这种结构形式。
直线电机和旋转电机的工作原理是很相似的，旋转电机是将电磁力转换为旋转电机的旋转力矩，而直线电机是将电磁力转换为直线电机的推力。所以说直线电机和旋转电机可以采用相同的控制。两者均可以采用类似的或者相同的控制方式对直线电机的运动进行精确的控制。
直线电机具有如下优点：
（1）直线电机的一个最显著的优点就是省去了中间的传动机构，降低了系统复杂程度[2]，系统的传动效率有了明显的提升，大大简化了系统的结构布局，简单方便，易于维护。
（2）直线电机对散热的要求不是很高，因为直线电机的结构比较特殊，动子一般暴露在空气当中。
（3）直线电机在很短的时间内能够产生较大加速度。由于直线电机具有的特殊结构可以直接输出强大的推力，强大的推力使得与直线电机相连接的物体产生强大的加速度。
（4）直线电机能够产生很高的速度，可以很轻松的达到预设的速度。很容易达到6m/s,或者更高的速度。
（5）直线电机具有一定的特殊性，在一些特定的场合只能用直线电机来完成任务。例如，核工业中的固态金属只能运用磁悬浮列车来运输。
1.2.2 直线电机的发展概况
最近这几年，直线电机的发展速度很快，在我国的很多工程领域都有直线电机的身影。在开发和研究直线电机的过程中，我国对直线电机的相关原理、控制以及直线电机的结构设计方面都取得了较大的进步。许多机械直线运动动作都被直线电机所替代。所以说，从目前的发展趋势来看，这种电机具有很好的发展前途。
直线电机从诞生以来就已经有了一段相当长的历史，从上上个世纪40年代开始就有科学家曾经提出过直线电机的模型，但是那次实验并没有取得比较理想的结果，而是以失败告终。时至今天，已经过去了将近180多年。在这么长的时间段里，直线电机的发展历程大概可以划分为三个时期：（1840年-1955年）探索时期，（1956年-1970年）应用时期，（1971年-今天）商品化时期。
（1）探索时期
这一时期的直线电机，几乎处于萌芽状态，刚刚出现。仍然处于试验阶段。由于当时的科学技术发展水平有限，生产力水平较为低下，许多技术仍只限于理论，设计方面还存在许多缺陷，材料的加工水平低，生产制造水平低，从而导致了直线电机的可靠性低下，效率低下，一直未能真正进入应用的时期。
（2）应用时期
这一时期的直线电机的技术有了突飞猛进的发展，直线电机进入了应用时期。在这段时期，主要是一位英国的科学家带头发起直线电机的研究，并取得了一些研究成果，也发表了一些关于直线电机的理论性的文章[2]，这样的举动鼓舞着世界各地的科学家们努力的为直线电机的发展继续做着更为深入的研究。与此同时，这一时期的生产力水平也有了一定的提高，制造行业、材料行业、控制技术的快速发展使得直线电机的发展有了较大的进步。
（3）商品化时期
这一时期的直线电机已经不再
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