转杯纺纱用高速永磁无刷直流电机设计与研究

发布时间：2017-07-07 18:08

  本文关键词：转杯纺纱用高速永磁无刷直流电机设计与研究

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【摘要】：随着转杯纺纱技术的发展,一种新型转杯驱动系统被提出来,该驱动系统具有低能耗,低摩擦损耗和噪声以及高集成度等优点,在该系统中,核心部分是驱动电机,本文设计了一种可用于该新型转杯驱动系统的外转子无槽高速永磁无刷直流电机,并在此基础上对该电机展开相关研究。首先,本文根据电机工作环境和参数要求,确定电机总体设计方案,对电机本体结构和电磁性能进行设计。在设计过程中,研究了主要尺寸、电磁负荷的选择、气隙长度、磁极形式、定子和转子结构设计、导线选择等关键问题。又从电磁负荷配比对电机损耗和温升影响的角度,对电磁设计方案进行了优化,最终给出了电机设计方案。再次,本文利用有限元分析法对电机设计方案进行了电磁分析,介绍了仿真软件Ansys Maxwell2D的解析基础,利用该软件对电机进行建模,在此模型基础上对电机空载、负载、静态、瞬态等工况进行了仿真,得出有关电机性能参数的结果,验证了设计方案的可行性。通过能量法,推导出直线部分导体电感的解析表达式,用Matlab对该结果进行谐波分析,并研究电枢绕组电感值与电机结构尺寸之间的关系。通过Miller经验公式对绕组端部漏感进行解析计算,并将结果与有限元分析结果对比,验证解析方法的适应性。最后,对外转子无槽高速永磁无刷直流电机进行了数学建模和混沌模型的转换,以此模型为基础,对该电机进行了混沌特性分析,利用Matlab仿真发现混沌现象的存在,然后设计了状态反馈控制器,对混沌状态进行控制,使电机的运行性能更加平稳。
【关键词】：电机设计 外转子 无齿槽 高速电机 混沌 状态反馈控制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 课题背景及研究目的和意义13-17
• 1.2 高速外转子无槽永磁电机设计和研究关键问题及研究现状17-22
• 1.2.1 高速外转子无槽永磁电机设计和研究的关键问题17-19
• 1.2.2 高速外转子无槽永磁电机设计和研究现状19-22
• 1.3 论文主要工作内容22-24
• 第二章 外转子无槽高速电机的设计方法研究24-38
• 2.0 引言24
• 2.1 外转子无槽高速电机的设计要求24
• 2.2 电机设计总体方案的确定24-26
• 2.3 外转子无槽高速电机本体设计26-34
• 2.3.1 主要尺寸的确定26-27
• 2.3.2 电磁负荷的确定27-28
• 2.3.3 气隙长度的确定28
• 2.3.4 磁极型式和极对数的选取28-29
• 2.3.5 永磁体材料及其厚度的确定29-30
• 2.3.6 永磁体充磁方式的选择30-32
• 2.3.7 定子结构的设计和定子铁芯材料的选取32-33
• 2.3.8 导线的选择33
• 2.3.9 转子部分的设计33-34
• 2.4 电磁负荷比的优化34-37
• 2.4.1 电磁负荷配比对电机损耗的影响34-35
• 2.4.2 电磁负荷配比对电机温度的影响35-37
• 2.5 电机设计方案的确定37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 电机的电磁分析38-59
• 3.0 引言38
• 3.1 电机磁场二维基本理论38-41
• 3.1.1 麦克斯韦方程组的建立38-40
• 3.1.2 位函数及其微分方程的建立40-41
• 3.2 基于Ansys软件的有限元分析与研究41-49
• 3.2.1 Ansys电磁场分析软件介绍41-42
• 3.2.2 基于Ansys的外转子无槽高速电机有限元分析42-44
• 3.2.3 电机的电磁分析结果44-49
• 3.3 电机绕组电感的解析计算及分析49-57
• 3.3.1 能量法计算导体直线部分电感51-56
• 3.3.2 绕组端部漏感的解析计算56-57
• 3.4 样机制作57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 外转子无槽高速电机的混沌特性分析59-72
• 4.0 引言59
• 4.1 混沌研究的基本理论和方法59-63
• 4.1.1 混沌的基础概念59-60
• 4.1.2 混沌的本质60-61
• 4.1.3 典型的混沌模型Lorenz模型的介绍及分析61-63
• 4.2 外转子无槽高速电机系统的混沌特性分析63-68
• 4.2.1 外转子无槽高速电机数学模型的建立63-64
• 4.2.2 外转子无槽高速电机坐标变换后的数学模型64-68
• 4.3 电机系统混沌运行状态控制器的设计68-71
• 4.4 本章小结71-72
• 结论与展望72-74
• 参考文献74-79
• 攻读学位期间发表的论文79-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：531240