齿顶削角近极槽永磁同步电机性能及控制研究
发布时间：2021-08-17 07:10
近极槽永磁同步电机应用范围广泛,且性能优异,主要表现为:功率密度大,动态响应快,运行效率高。但存在齿顶漏磁严重的问题,本文提出通过定子齿顶削角来削弱其齿顶漏磁,并研究了定子齿顶削角对电机定子铁芯铁耗的影响;推导了定子齿顶削角后电机空载径向气隙磁密和齿槽转矩的解析表达式。同时,本文还对霍尔位置传感器的转速估算问题进行了详细的研究。首先,针对本文所研究的近极槽永磁同步电机齿顶漏磁严重的问题,提出通过定子齿顶削角削弱齿顶漏磁的方法,进而分析了定子齿顶削角减小齿顶漏磁的原理,并推导了定子齿顶削角后齿顶漏磁通的解析表达式,其计算结果与有限元软件计算结果吻合较好,证明本文所构建的定子齿顶削角后齿顶漏磁解析表达式是正确的;以此为基础,分析了定子齿顶削角对电机定子铁芯各部位磁场交变磁化的影响,该措施有效抑制定子铁芯损耗,有助于电机性能的提升。其次,定子齿顶削角对电机性能产生一定影响,为研究定子齿顶削角对电机性能的影响,本文构建了定子齿顶削角后的气隙相对比磁导函数,它反映了定子齿顶削角对气隙磁密的影响,以此结合定子光滑时的径向气隙磁密解析计算表达式,推导了定子齿顶削角后的空载径向气隙磁密表达式;推导了定...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?４８极５４槽外转子永磁同步电机磁路图??
?山东大学硕士学位论文???绕组?定子齿??ＪＵＬｆＵｐｉｍＬ??永磁体ｉ?气隙??—￣１?ｒｒ￣ｉＴ＿ｊｊ?爸?Ｉ?厂??（ａ）??Ｓ组?星子齿?＾组?定ｆ齿??ｊＭＬＪ＾ｆＪＳｔ＾ＰＩｌｉＪＥｌＪＵ?ＵＭＪｆｊＨＬＪａｌｉＪｓｌＪＥＬ??永磁体Ｓ?｜?—气隙?永磁体ｉ?，，?—气隙??￣￣ｌ?ｒ＾：＿ｇ￣Ｅ３ＪＺ＾?ｐ３＿ＥＥｙＥＥＬＩ??（ｂ）?（ｃ）??图２－１齿顶漏磁示意图??当转子旋转时，电机的齿顶漏磁通是随时间变化的函数，不同时刻每个齿对??应的齿顶漏磁各不相同，但齿顶漏磁具有一定的规律性。图２－２是通过有限元软??件仿真的一台４８极５４槽表贴式外转子永磁电机的磁场分布图，从图中可以直观??地看出近极槽表贴式永磁电机含有丰富的齿顶漏磁，且齿顶漏磁具有一定的规律??可循，为总结其规律，首先明确单元电机概念：对于槽数为Ｚ，极对数为Ｐ的电??机，两者最大公约数为ｙ＝ＧＣＤ（Ｚ，Ｐ），则单元电机的槽数为办，极对数为Ｐ／：ｖ；??例如４８极５４槽电机，最大公约数为６，则单元电机槽数为９，极对数为４。齿??顶漏磁规律总结如下：在同一时刻，每个单元电机中对应齿的齿顶漏磁分布的变??化情况是相同的，如图２－２中齿１的齿顶漏磁情况和齿１０相同，齿２和齿１１相??同，为方便分析，本章只研究一个单元电机内的齿顶漏磁情况，整个电机的齿顶??漏磁可以据此推导。????图２－２?４８极５４槽外转子永磁同步电机磁路图??７??
?山东大学硕士学位论文???２．１．２近极槽电机齿顶漏磁的抑制??近极槽电机不可避免的产生较高的齿顶漏磁，因此减少近极槽永磁电机的齿??顶漏磁可以提高永磁体的利用率。目前，鲜有文献关注如何减少近极槽永磁电机??的齿顶漏磁。由上述分析可知，齿顶漏磁经过定子齿顶形成闭合回路，因此可通??过增大齿顶漏磁磁路的磁阻来减少齿顶漏磁［４５］，可以采取的方法有改变槽口宽??度，优化齿顶形状等。??本章通过对定子齿顶进行削角，使齿顶漏磁磁路的磁阻增大，从而减少齿顶??漏磁，削角模型如图２－３所示。图中削角宽度为ｗｏ，削角角度为《，削角面积为??＆〇??齿?齿??／／／／／＾／／／／?Ａ?．?＾?／／／?／ｍｗ／／／，??ｑ轴???＞０３???图２－３定子齿顶削角模型图??２．２单齿齿顶漏磁分析??在近极槽永磁电机中，当气隙均匀时，单齿齿顶漏磁的解析表达式在文献［４６］??进行了详细的推导，但齿顶削角后的齿顶漏磁解析表达式鲜有文献对其分析，本??文以此结构模型推导了齿顶削角后的齿顶漏磁解析计算表达式。??２．２．１未削角齿顶漏磁分析??为方便分析齿顶漏磁，作如下假设：??（１）定子、转子铁芯磁导率为无穷大；??Ｐ）齿宽与槽口宽度的和的一半大于两个相邻永磁体之间的距离；??（３）忽略电机气隙磁场的端部效应。??对于假设（２），利用图２＿４的齿顶漏磁计算模型进行说明，ｗｆ是两个永磁体之??间的距离，／〇是定子齿顶宽度，则假设（２）的数学表达式为??（２－１）??２??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置观测[J]. 张懿,张明明,魏海峰,李垣江,刘维亭. 电工技术学报. 2019(22)
[2]电动自行车电机技术的现状及发展[J]. 查建东. 中国新技术新产品. 2019(04)
[3]表贴式轴向磁通永磁电机齿顶漏磁的分析计算[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明,贾建国. 电工技术学报. 2017(17)
[4]霍尔转子位置预估方法及其误差校正[J]. 荀倩,王培良,蔡志端,李祖欣,秦海鸿. 电工技术学报. 2017(06)
[5]一种采用霍尔传感器的永磁电机矢量控制[J]. 张璞汝,张千帆,宋双成,陈爱棠. 电源学报. 2017(01)
[6]浅谈我国电动车的发展现状及未来展望[J]. 徐帅. 山东工业技术. 2016(08)
[7]基于两相正交型开关霍尔转子位置预估方法[J]. 荀倩,秦海鸿,李寒松,聂新,曾庆喜. 电工技术学报. 2016(03)
[8]基于低分辨率位置传感器的电动汽车用轮毂电机的控制[J]. 栾捷,陈阳生. 机电工程. 2013(05)
[9]近极槽永磁电动机齿顶漏磁对转矩的影响[J]. 夏加宽,彭兵,王成元,董婷,孙宜标,韩桂新. 电工技术学报. 2012(11)
[10]电枢槽口宽度对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响[J]. 杨玉波,王秀和,朱常青. 电机与控制学报. 2011(07)
博士论文
[1]分数槽集中绕组永磁同步电机的若干问题研究[D]. 段世英.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]基于低分辨率传感器的伺服驱动系统转速估算策略研究[D]. 董翔.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于霍尔传感器的轮毂电机矢量控制方法研究[D]. 王辉.天津大学 2017
[3]基于霍尔传感器的无刷直流电机矢量控制系统设计与研究[D]. 张亚光.东南大学 2016
[4]近极槽数三相永磁无刷直流轮毂电机研究[D]. 王喜明.太原科技大学 2015
[5]基于低分辨率位置传感器的电动汽车轮毂电机的驱动[D]. 栾捷.浙江大学 2013
[6]永磁同步电动机转子位置检测策略的研究[D]. 王伊.华中科技大学 2006
本文编号：3347316
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?４８极５４槽外转子永磁同步电机磁路图??
?山东大学硕士学位论文???绕组?定子齿??ＪＵＬｆＵｐｉｍＬ??永磁体ｉ?气隙??—￣１?ｒｒ￣ｉＴ＿ｊｊ?爸?Ｉ?厂??（ａ）??Ｓ组?星子齿?＾组?定ｆ齿??ｊＭＬＪ＾ｆＪＳｔ＾ＰＩｌｉＪＥｌＪＵ?ＵＭＪｆｊＨＬＪａｌｉＪｓｌＪＥＬ??永磁体Ｓ?｜?—气隙?永磁体ｉ?，，?—气隙??￣￣ｌ?ｒ＾：＿ｇ￣Ｅ３ＪＺ＾?ｐ３＿ＥＥｙＥＥＬＩ??（ｂ）?（ｃ）??图２－１齿顶漏磁示意图??当转子旋转时，电机的齿顶漏磁通是随时间变化的函数，不同时刻每个齿对??应的齿顶漏磁各不相同，但齿顶漏磁具有一定的规律性。图２－２是通过有限元软??件仿真的一台４８极５４槽表贴式外转子永磁电机的磁场分布图，从图中可以直观??地看出近极槽表贴式永磁电机含有丰富的齿顶漏磁，且齿顶漏磁具有一定的规律??可循，为总结其规律，首先明确单元电机概念：对于槽数为Ｚ，极对数为Ｐ的电??机，两者最大公约数为ｙ＝ＧＣＤ（Ｚ，Ｐ），则单元电机的槽数为办，极对数为Ｐ／：ｖ；??例如４８极５４槽电机，最大公约数为６，则单元电机槽数为９，极对数为４。齿??顶漏磁规律总结如下：在同一时刻，每个单元电机中对应齿的齿顶漏磁分布的变??化情况是相同的，如图２－２中齿１的齿顶漏磁情况和齿１０相同，齿２和齿１１相??同，为方便分析，本章只研究一个单元电机内的齿顶漏磁情况，整个电机的齿顶??漏磁可以据此推导。????图２－２?４８极５４槽外转子永磁同步电机磁路图??７??
?山东大学硕士学位论文???２．１．２近极槽电机齿顶漏磁的抑制??近极槽电机不可避免的产生较高的齿顶漏磁，因此减少近极槽永磁电机的齿??顶漏磁可以提高永磁体的利用率。目前，鲜有文献关注如何减少近极槽永磁电机??的齿顶漏磁。由上述分析可知，齿顶漏磁经过定子齿顶形成闭合回路，因此可通??过增大齿顶漏磁磁路的磁阻来减少齿顶漏磁［４５］，可以采取的方法有改变槽口宽??度，优化齿顶形状等。??本章通过对定子齿顶进行削角，使齿顶漏磁磁路的磁阻增大，从而减少齿顶??漏磁，削角模型如图２－３所示。图中削角宽度为ｗｏ，削角角度为《，削角面积为??＆〇??齿?齿??／／／／／＾／／／／?Ａ?．?＾?／／／?／ｍｗ／／／，??ｑ轴???＞０３???图２－３定子齿顶削角模型图??２．２单齿齿顶漏磁分析??在近极槽永磁电机中，当气隙均匀时，单齿齿顶漏磁的解析表达式在文献［４６］??进行了详细的推导，但齿顶削角后的齿顶漏磁解析表达式鲜有文献对其分析，本??文以此结构模型推导了齿顶削角后的齿顶漏磁解析计算表达式。??２．２．１未削角齿顶漏磁分析??为方便分析齿顶漏磁，作如下假设：??（１）定子、转子铁芯磁导率为无穷大；??Ｐ）齿宽与槽口宽度的和的一半大于两个相邻永磁体之间的距离；??（３）忽略电机气隙磁场的端部效应。??对于假设（２），利用图２＿４的齿顶漏磁计算模型进行说明，ｗｆ是两个永磁体之??间的距离，／〇是定子齿顶宽度，则假设（２）的数学表达式为??（２－１）??２??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置观测[J]. 张懿,张明明,魏海峰,李垣江,刘维亭. 电工技术学报. 2019(22)
[2]电动自行车电机技术的现状及发展[J]. 查建东. 中国新技术新产品. 2019(04)
[3]表贴式轴向磁通永磁电机齿顶漏磁的分析计算[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明,贾建国. 电工技术学报. 2017(17)
[4]霍尔转子位置预估方法及其误差校正[J]. 荀倩,王培良,蔡志端,李祖欣,秦海鸿. 电工技术学报. 2017(06)
[5]一种采用霍尔传感器的永磁电机矢量控制[J]. 张璞汝,张千帆,宋双成,陈爱棠. 电源学报. 2017(01)
[6]浅谈我国电动车的发展现状及未来展望[J]. 徐帅. 山东工业技术. 2016(08)
[7]基于两相正交型开关霍尔转子位置预估方法[J]. 荀倩,秦海鸿,李寒松,聂新,曾庆喜. 电工技术学报. 2016(03)
[8]基于低分辨率位置传感器的电动汽车用轮毂电机的控制[J]. 栾捷,陈阳生. 机电工程. 2013(05)
[9]近极槽永磁电动机齿顶漏磁对转矩的影响[J]. 夏加宽,彭兵,王成元,董婷,孙宜标,韩桂新. 电工技术学报. 2012(11)
[10]电枢槽口宽度对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响[J]. 杨玉波,王秀和,朱常青. 电机与控制学报. 2011(07)
博士论文
[1]分数槽集中绕组永磁同步电机的若干问题研究[D]. 段世英.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]基于低分辨率传感器的伺服驱动系统转速估算策略研究[D]. 董翔.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于霍尔传感器的轮毂电机矢量控制方法研究[D]. 王辉.天津大学 2017
[3]基于霍尔传感器的无刷直流电机矢量控制系统设计与研究[D]. 张亚光.东南大学 2016
[4]近极槽数三相永磁无刷直流轮毂电机研究[D]. 王喜明.太原科技大学 2015
[5]基于低分辨率位置传感器的电动汽车轮毂电机的驱动[D]. 栾捷.浙江大学 2013
[6]永磁同步电动机转子位置检测策略的研究[D]. 王伊.华中科技大学 2006
本文编号：3347316
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3347316.html
