集中绕组有限转角力矩电机及其特性的研究

发布时间：2022-11-05 08:12

　　有限转角力矩电机无需复杂的中间传动装置,便可实现在有限角度内反复摆动,具有结构简单、可靠性高、控制方式简单等诸多优点。现今的有限转角力矩电机产品中多为绕线式结构,力矩密度低的致命缺点使其很难适用于对体积与重量有严格限制的场合。齿槽式结构虽具有更高的力矩密度,但又存在运行区间内齿槽转矩较大、磁场饱和严重、力矩特性非线性等突出问题。以集中绕组有限转角力矩电机为研究对象,针对该电机的电磁机理、恒转矩区间的估算方法、运行特性、非线性磁路模型等问题进行了研究。针对常规齿槽式有限转角力矩电机,分析了其磁路结构与电磁机理,在此基础上提出了一种集中绕组有限转角力矩电机,并通过等效磁路法,推导了其电磁转矩的解析式。基于推导的电磁转矩解析式,同时考虑相应设计指标,确定了电机的主要尺寸,并利用有限元法对其进行了齿部形状优化。为了进一步提高集中绕组有限转角力矩电机的转矩密度,提出了一种尖角形齿尖形状,并通过样机与实验对常规平行齿尖与尖角形齿尖进行了电磁性能比较与验证,发现后者的力矩性能提高了29%。利用恒定磁场的拉普拉斯方程与泊松方程,建立了适用于集中绕组有限转角力矩电机的磁场子域模型。利用此模型计算了集中绕... 

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 有限转角力矩电机概述
        1.2.1 有限转角力矩电机的种类与特点
        1.2.2 有限转角力矩电机的研究及发展
    1.3 有限转角力矩电机关键技术问题及发展现状
        1.3.1 电机的结构分析与优化
        1.3.2 磁场子域模型及恒转矩区间的研究
        1.3.3 有限转角力矩电机的运行特性分析
        1.3.4 非线性磁路模型
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 集中绕组有限转角力矩电机的电磁机理分析与结构优化
    2.1 引言
    2.2 齿槽式有限转角力矩电机的电磁机理
        2.2.1 常规齿槽式有限转角力矩电机的电磁机理
        2.2.2 集中绕组有限转角力矩电机结构的提出
    2.3 集中绕组有限转角力矩电机的电磁转矩解析推导
        2.3.1 等效磁路法
        2.3.2 电磁转矩解析表达式
    2.4 有限转角力矩电机的综合设计方法
        2.4.1 电机的设计指标
        2.4.2 综合设计方法
    2.5 有限转角力矩电机齿尖形状改进
        2.5.1 尖角形齿尖形状的提出
        2.5.2 电机性能比较
    2.6 样机参数及其静态力矩实验
        2.6.1 两台不同齿部形状电机的样机参数
        2.6.2 电机静态力矩实验
        2.6.3 静态转矩的实验结果
    2.7 本章小结
第3章 有限转角力矩电机的磁场子域模型与恒转矩区间的估算方法
    3.1 引言
    3.2 磁场子域模型
        3.2.1 基于标量磁位的磁场子域模型
        3.2.2 基于矢量磁位的磁场子域模型
    3.3 磁场子域模型与有限元模型的结果对比
        3.3.1 空载电磁特性对比分析
        3.3.2 负载电磁特性对比分析
    3.4 基于磁场子域模型的恒转矩区间估算方法
        3.4.1 恒转矩区间估算方法的原理
        3.4.2 恒转矩区间的估算结果
    3.5 恒转矩区间估算方法的实验验证
        3.5.1 样机与实验方法
        3.5.2 恒转矩区间的实验结果
    3.6 本章小结
第4章 有限转角力矩电机的运行特性分析
    4.1 引言
    4.2 有限转角力矩电机的数学模型
        4.2.1 常规数学模型
        4.2.2 精确数学模型
    4.3 电机位置跟随特性分析
        4.3.1 三维有限元建模与分析
        4.3.2 位置跟随特性仿真模型与结果
    4.4 有限转角力矩电机的温升特性分析
        4.4.1 T型热路模块
        4.4.2 等效热路模型与计算结果
    4.5 电机运行特性实验研究
    4.6 本章小结
第5章 非对称齿矩形有限转角力矩电机及其非线性磁路模型
    5.1 引言
    5.2 有限转角力矩电机结构的提出
        5.2.1 结构演化过程
        5.2.2 整机结构设计方案
    5.3 有限转角力矩电机的非线性磁路模型
        5.3.1 结构参数与磁阻定义
        5.3.2 非线性磁路模型的建模过程
        5.3.3 非线性磁路模型的求解过程
    5.4 非线性磁路模型的计算结果
    5.5 有限转角力矩电机齿部形状优化
        5.5.1 非绕线齿齿部形状分析
        5.5.2 齿部形状优化前后的电磁性能对比
    5.6 有限转角力矩电机的样机及实验研究
        5.6.1 非对称齿矩形有限转角力矩电机样机研制
        5.6.2 样机静态力矩测试结果
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]有限转角力矩电机的参数约束与电枢反应研究[J]. 李勇,樊华,王骞,赵博,胡建辉,邹继斌.  微电机. 2015(06)
[2]基于迭代学习的有限转角力矩电机控制[J]. 刘伟,王自强.  电力电子. 2012 (06)
[3]分数槽绕组有限转角电动机的设计及仿真[J]. 王海燕,张雪英,王真,徐谦,张东宁.  微特电机. 2009(08)
[4]有限转角直流力矩电机作为柴油机调速执行机构的控制策略研究[J]. 宋恩哲,姚崇,孙军,赵华伟.  内燃机工程. 2009(01)
[5]有限转角直流力矩电机位置伺服驱动器设计[J]. 肖然,周明,郝守刚.  微电机. 2008(01)
[6]全数字有限转角无刷力矩电机的位置控制[J]. 马瑞卿,刘卫国.  微电机(伺服技术). 2001(06)
[7]稀土永磁有限转角力矩电机的设计计算[J]. 桂竞存.  微电机. 1986(01)

博士论文
[1]高速永磁发电机转子涡流损耗优化及对温度分布影响的研究[D]. 邱洪波.哈尔滨理工大学 2014
[2]电动舵机的鲁棒控制研究[D]. 骆光照.西北工业大学 2003

硕士论文
[1]基于FPGA的有限转角直流无刷力矩电机控制系统设计[D]. 李宝荣.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[2]有限转角直流力矩电机及其传感器系统模型的FPGA实现[D]. 任杰.中国地质大学（北京） 2010
[3]有限转角力矩电机作为柴油机电子调速执行机构的设计与研究[D]. 赵华伟.哈尔滨工程大学 2008
[4]高精度摆动扫描技术研究[D]. 杨磊.国防科学技术大学 2005
[5]数字化有限转角直流无刷力矩电机伺服控制系统[D]. 田荣军.西北工业大学 2003



本文编号：3702229