Distributed Multilevel Current Models for Design Analysis of Electromagnetic Actuators

Lim Jungyoul; Lee Kok-Meng

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Distributed Multilevel Current Models for Design Analysis of Electromagnetic Actuators

机译：电磁执行器设计分析的分布式多级电流模型

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This paper presents a generalized source modeling method, referred here as distributed multilevel current (DMC) models, utilizing equivalent magnetizing currents as local point sources to describe material effects of commonly used magnetic components. Unlike existing numerical methods, which solve for the magnetic fields from Maxwell's equations and boundary conditions, the DMC-based method develops closed-form solutions to the magnetic field and force problems, while allowing tradeoffs between computational speed and accuracy using a multilevel structure to discretize geometry and minimize modeling errors in the neighborhood around the point sources. Typical DMC models for volume and surface current elements, permanent magnets, electromagnets, iron plate, and induced eddy currents are derived and validated by comparing their magnetic fields and forces with known (analytical, numerical, and/or experimental) solutions. Results of benchmark comparison demonstrate that the DMC methods reduce the computation time of magnetic fields and forces by several orders as compared to exact solutions numerically integrated from the Biot–Savart law and Lorentz force equation and finite-element analysis. The DMC models were experimentally applied to identify the EM coil position and PM magnetization of a commercial PM linear synchronous motor validating their effects on its torque ripple.

机译：本文提出了一种通用的源建模方法，在此称为分布式多级电流（DMC）模型，该方法利用等效磁化电流作为局部点源来描述常用磁性组件的材料效应。与现有的数值方法可以从麦克斯韦方程组和边界条件中求解磁场不同，基于DMC的方法为磁场和力问题开发了封闭形式的解决方案，同时允许使用多层结构离散化计算速度和精度之间的权衡几何图形，并最小化点源附近的建模误差。通过将其磁场和力与已知（分析，数值和/或实验）解决方案进行比较，得出并验证了用于体积和表面电流元素，永磁体，电磁体，铁板和感应涡流的典型DMC模型。基准比较的结果表明，与通过Biot-Savart定律和Lorentz力方程以及有限元分析进行数值积分的精确解相比，DMC方法将磁场和力的计算时间减少了几个数量级。 DMC模型已通过实验应用于识别商用PM线性同步电动机的EM线圈位置和PM磁化强度，从而验证了它们对转矩脉动的影响。

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来源
《Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on》 |2015年第5期|2413-2424|共12页
作者
Lim Jungyoul; Lee Kok-Meng;
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作者单位

, Korea Railroad Research Institute, Uiwang-si, Korea;

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Electromagnetic analysis; linear motors; magnetic force; magnetic vector potential; magnetization current modeling;

机译：电磁分析;线性电动机;磁力;磁矢量势;磁化电流建模;

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