共振式直线电机的机电动力学分析和优化设计

本书是59177290号国家自然科学基金项目关于共振式直线电机的机电动力学分析和优化设计等有关成果的综合论述。

在很多情况下，振动是一种不必要的和有害的现象。但在有些场合，振动是有益的。例如，利用振动可有效地完成许多工艺过程，或用来提高某些机器的工作效率。最近四十多年来振动机械已经在矿山和冶金工厂、选煤厂、化工厂、发电厂、铸造厂、建筑工地、水泥厂以及粮食和食品加工厂中得到了广泛的应用。例如振动给料机、振动筛分机、振动离心脱水机、振动冷却机、振动球磨机、振动落砂机和振动成型机等。这些振动机械在工业的各个部门中已发挥了重要的作用。

国内外拖动振动机械的电机有两类：旋转电机和往复振荡的直线电机。往复振荡的直线电机与旋转电机相比，它的结构简单，能适应各种振动机械的工作特点，不需要中间传动机构将旋转运动转化为直线运动，故损耗较小，使用可靠、寿命长。这种直线电机一般工作在完全的机电共振状态或近似的机电共振状态(即供电频率——电磁激振力的频率，与振动机械的固有频率完全相等或近似相等)，因此学术界称之为共振式直线电机，本书则简称为电机或直线电机。

上述直线电机又分为两类：第一类小振幅(双振幅小于3.5mm)重负载(功率数百瓦至数千瓦)，已被国内外大量使用于振动给料机等振动机械上，工业界称之为“电磁振动给料机”或“电振机”；第二类大振幅(双振幅6mm以上)轻负载(功率0.25瓦至几十瓦)，在国外被用于制冷和压缩机上，被称为电磁线性马达压缩机。由于这两类直线电机均不能满足多数振动机械既需要重负载又需要大振幅的工艺状态，因此多数振动机械只能用旋转电机来拖动。

对于上述直线电机进行改进使之既能拖动重负载、又能作大振幅运行，这一点相当困难。围绕这一难题，作者从1985年开始主要利用业余时间进行了19年的探索和研究。这期间得到了国家自然科学基金、原机械部教育司预演和开发基金以及河南科技大学(原洛阳工学院)科研基金等三级科学基金的资助，并有幸得到中国电工技术学会直线电机分专业委员会主任委员、西安交通大学电机专业博士导师陈世坤教授的精心指导和鼓励。

经过对共振式直线电机的运行原理、性能计算和设计方法的研究，研制完成了一台大振幅(双振幅近9mm)、重负载(功率400瓦)的原理样机并进行了试验验证。经国家自然科学基金委员会电工学科指定专家对《共振式直线电机研制报告》(含实验报告和有关论文)进行评议 ，认为：试验证明各项技术指标大部分达到了预期的要求，证明所提出的理论分析和设计方法基本正确；旧式电振机双振幅一般只有1.5～3.5mm，而本样机双振幅约9mm，较前大大提高，具有较大的实用价值。

由于本样机变频器控制器的高成本造成设备的前期投资较高，限制了其推广和应用。随着科学技术发展带来变流控制设备的降价和工业可持续发展对技术改造的需求，本成果必将得到推广和应用。

本研究工作已经在国际电机会议和《电工技术学报》、《微特电机》和《电气自动化》等杂志发表9篇论文，其中两篇被EI摘录。本书在对上述研究成果进行整理加工的基础上，对共振式直线电机的分析和设计进行了综合论述。

前言

绪论

第1章 双质体振动机械在机电共振状态下的力学分析

第2章 共振式直线电机初级模型的机电分析

第3章 共振式直线电机中级模型的机电分析

第4章 共振式直线电机高级模型的机电分析

第5章 电机参数的优化设计

第6章 共振式直线电机电磁场与电磁力的有限元分析

第7章 忽略铁磁阻时共振式直线电机高级模型的机电分析

第8章 共振式直线电机及其变流器的总体功率因数研究

附录Ⅰ 共振式直线电机优化设计的源程序(BASIC语言)

附录Ⅱ 共振式直线电机微机控制系统

参考文献 2100433B

本书对拖动大振幅重负载振动机械的共振式电机这一新型电机在振动力学、电磁学、优化设计、系统总体功率因数以及自动控制等方面进行了比较详细的分析与研究，此研究课题获国家自然科学基金支持。

全书共8章，主要内容包括：双质体振动机械在机电共振状态下的力学分析；共振式直线电机初级模型的机电分析；共振式直线电机中级模型的机电分析；共振式直线电机高级模型的机电分析；电机参数的优化设计；共振式直线电机磁场和电磁力的有限元分析；忽略铁磁阻时直线电机高级模型的机电分析；共振式直线电机及其变流器的总体功率因数研究等。 本书可供从事振动机械和电磁振动机械设计和制造的科技人员使用，也可作高等院校相关、相近专业的本科生和研究生教材。

共振论是1931年鲍林(L. C. Pauling)创立的一种分子结构理论。当一个分子、离子或自由基的结构不能用路易斯结构式（Lewis structure）正确地描述时，可以用多个路易斯式表示，这些路易斯式称为共振结构(resonance structure，又称极限式或正则结构)。在共振结构之间用双箭头“←→”联系，以表示它们的共振关系。例如苯分子是由下述共振结构参与共振的，但任何一个共振结构都不足以反映分子的真实结构，实际上，苯没有单双键之分，键长都为0．139nm，其邻二取代物只有一种，而且苯具有特殊的稳定性，典型的化学反应不是烯烃的加成反应，而是取代反应。

共振极限式是共振分子在参与共振过程中到达的一种极限状态，实际中并不能稳定单独存在。

分子的真实结构是这些共振结构共振得到的共振杂化体(resonance hybrid)。每个共振结构对共振杂化体的贡献不同，即它们对共振杂化体的参与程度有差别。共振结构越稳定，对共振杂化体的贡献越大。共振杂化体的能量较任何一个共振结构为低。共振结构的书写除符合价键规则外，还必须遵守各共振结构的原子核位置不变，各共振结构的配对电子数或未共享电子数不变的原则。

共振喇叭是最新创新的一款产品，市面上已经极为流行。

共振音箱的出现，其宗旨就是打破传统普通音箱音效的局限性。

因为普通音箱的传声是经过喇叭水平机械波传递达到音效效果的，且有一定的局限性；

共振音箱就不会这样，共振箱可以以360°周率传播。

特点：1、由于没有箱体驻波，所以各种声乐原汁原味足，各波段音质极为优秀！

2、一个2英寸共振喇叭能发出8英寸的长波音质。

3、一个2英寸共振喇叭可以做到全波1.7cm至17m！

波长穿透性：

共振喇叭还有一种独特的特有的——波长穿透性！

就是说共振音箱可以通过介质面把音效穿过介质，达到介质的另一面也可以收听到乐曲。

也就是说如果你把共振音箱安装到房门或某些墙面上，你在这边放乐曲，另一边也可以同时和你一起共享悠扬的意境。

规格参数：

Resonance speaker共振喇叭：JX-D44H21 4Ω3-20W 25φ 4FB C。

Impedance阻抗：4Ω。

Power功率：3-20W。

magnet磁铁：25×2N40。

Distortion失真:5% less。

Must be normal at sine wave正弦波9V,无异常不良。

Load Test连续负荷：Must be normal after load test :pink noise 20W 48 hours，粉红噪声20W连续48小时试验后无异常的不良。

Dimensions口径：44mm×全高21mm

共振喇叭是经过转换后以机械波介质面（木质桌面、玻璃等），使介质整个物体产生共振，从而使物体播放出悠扬的乐曲。