深海推进用永磁无刷直流电机的设计与研究

发布时间：2017-06-05 21:01

  本文关键词：深海推进用永磁无刷直流电机的设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来随着电力电子技术与永磁材料技术的不断发展,永磁无刷直流电机以其功率密度大、效率高、响应速度快、结构简单、运行可靠、控制性能好等优点,得到了越来越广泛的应用,也成为水下推进电机的首选类型。根据电机与螺旋桨相对安装位置的不同,水下推进电机可以分为集成式与分离式。与分离式推进电机相比,集成式推进电机无需减速器,结构更为紧凑、简单,越来越得到人们的关注。本文分析了深海推进电机的结构特点与运行原理,通过理论推导得到了推进电机的数学模型。研究了计算电机主要尺寸的方法,电机定转子的结构特点及设计方法,电磁负荷的选取方法以及永磁体的设计方法。使用Matlab程序语言按等效磁路法编写了电机电磁计算程序,用来替代人工计算,不仅运算速度快,结果精确,而且程序具有良好的人机界面,便于使用者调整电机参数,如此可以大为缩短电磁计算时间。程序中使用了插值法来处理数表问题,通过迭代的方法来实现电机部分参数自动调整,使电磁计算更加快捷、精确。以Matlab电磁计算的结果为参考,在Ansoft RMxprt模块下建立无刷推进电机的磁路计算模型,以验证Matlab电磁计算结果的准确性,同时为下一步的有限元分析做好准备。依据磁路计算的结果,在Ansoft Maxwell 2D模块下面建立电机的有限元模型,对电机的静态与瞬态两种工作状态进行仿真,对电机的空载特性与负载特性进行分析研究,得到电机的输出转矩、电流、转速、磁链等性能曲线。根据有限元分析结果修正Matlab电磁计算程序。通过分析电机的设计方案,设计方法的正确性得到了验证,误差在允许的范围内。依据电机的设计方案,总结了电机参数的合理取值范围。论文的最后一章深入地分析了永磁无刷直流电机转矩波动产生的原因,并重点分析了齿槽转矩,推导出永磁无刷直流电机齿槽转矩的解析表达式,给出了降低齿槽转矩较为实用的几种方法。
【关键词】：深海推进电机 电磁设计 有限元分析 Matlab电磁计算 齿槽转矩
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的背景与意义10
• 1.2 深海电机推进器10-11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.3.1 国内研究现状11-12
• 1.3.2 国外研究现状12-14
• 1.4 深海推进电机的种类14
• 1.5 课题的研究内容和方法14-16
• 1.5.1 永磁无刷推进电机电磁设计及性能分析15
• 1.5.2 永磁无刷直流电机电磁计算程序的设计15-16
• 第2章 永磁无刷推进电机的结构与原理16-24
• 2.1 永磁无刷推进电机的基本结构16-20
• 2.1.1 电机本体16-18
• 2.1.2 逆变器18-19
• 2.1.3 转子位置传感器19
• 2.1.4 控制器19-20
• 2.2 永磁无刷推进电机的运行原理20-21
• 2.3 永磁无刷推进电机的数学模型21-23
• 2.3.1 电压方程21-22
• 2.3.2 转矩方程22
• 2.3.3 运动方程22-23
• 2.3.4 传递函数23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 永磁无刷推进电机的设计方案24-34
• 3.1 永磁无刷推进电机的结构特点24
• 3.2 永磁无刷推进电机电磁设计方法24-26
• 3.3 永磁无刷推进电机的电磁设计26-31
• 3.3.1 无刷推进电机的技术要求26
• 3.3.2 无刷推进电机主要参数的确定26-29
• 3.3.3 定子结构的设计29
• 3.3.4 转子结构的设计29-31
• 3.4 永磁无刷直流电机电磁计算程序的设计31-33
• 3.4.1 基于Matlab程序语言的电磁计算程序31-32
• 3.4.2 电磁计算程序中数表的处理32
• 3.4.3 电磁计算程序原理图32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 永磁无刷推进电机的电磁分析34-48
• 4.1 基于RMXPRT的建模仿真34-36
• 4.1.1 电机磁路模型的建立34-35
• 4.1.2 电机磁路分析结果35-36
• 4.2 有限元分析的理论基础36
• 4.3 永磁无刷推进电机有限元模型建立36-39
• 4.3.1 永磁无刷推进电机几何模型的建立37
• 4.3.2 电机材料的设定37-38
• 4.3.3 边界条件与电源的设定38
• 4.3.4 电机剖分网格的划分38-39
• 4.4 永磁无刷推进电机的性能分析39-47
• 4.4.1 电机静磁场分析39-40
• 4.4.2 电机空载起动过程分析40-44
• 4.4.3 电机额定负载起动过程分析44-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 永磁无刷推进电机转矩波动的抑制48-56
• 5.1 转矩波动产生的原因48-49
• 5.2 齿槽转矩的解析表达式49-51
• 5.3 齿槽转矩的抑制方法51-55
• 5.3.1 优化电机槽极数51-52
• 5.3.2 优化永磁体极弧系数52-53
• 5.3.3 优化定子槽口宽度53-54
• 5.3.4 不均匀气隙方法54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 结论56-57
• 参考文献57-59
• 在学研究成果59-60
• 致谢60

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本文编号：424580