电动工具用三相开关磁阻电机及其驱动控制系统的研究

发布时间：2020-06-22 04:45

【摘要】：开关磁阻电机(SRM)不仅坚固耐用、能适用于高温甚至强振动环境,而且其控制系统可控参数多、调速性能好,在电动工具驱动领域前景广阔。本文针对目前台钻电动工具通用的感应电机+皮带传动调速的驱动方式,研究开发三相SRM系统实现台钻的直接驱动,以缩小台钻工具的体积、提高其运行效率、可维护性及寿命,选题具有理论意义及实用价值。本文的主要研究内容如下:第一部分,将目前国内外学者对电动工具用SRM及其驱动控制系统的研究现状进行了整理和介绍,特别描述了适于电动工具驱动用的一些新型SRM结构。第二部分,基于实际的台钻电动工具驱动应用,为替代目前通用的感应电机+皮带传动调速方式,开发直驱SRM。首先根据现有台钻驱动,得出SRM电机的额定参数及结构尺寸约束,然后对SRM进行电磁设计研究,得出三相6/4极SRM电动机设计方案。第三部分,针对第二部分提出的三相6/4极SRM电动机设计方案,提出采用阶梯气隙方法降低其转矩脉动并进行优化设计研究。首先研究了阶梯气隙参数变化对电机转矩脉动和其他性能的影响,然后采用响应面法和遗传算法相结合的方法对阶梯气隙进行优化设计研究,在保证电机其他性能的前提下,较好地降低了电机的转矩脉动。第四部分,对台钻驱动用SRM的控制系统进行了研究。首先给出了控制系统的整体结构框图,然后提出了各相关器件参数的计算、选择方法和各电路的设计方案,最后分析了台钻驱动用SRM的步进控制方式,给出了其起动、低速运行及全转速范围运行的控制策略。第五部分,试制了台钻工具直驱3相6/4极SRM系统,并进行了实验研究,包括实验室负载特性实验及实际的装机钻孔实验。实验表明,所开发的样机系统具有良好的性能,能够很好地满足台钻直驱钻孔应用。最后,进行全文总结。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM352
【图文】：

目前在小功率、低成本的电动工具中，已经有单相开关磁阻电机应用到系逡逑列化生产中。２００７年，德国学者ＷｏｌｆｆＪ等人在文献［２２］中设计了一种便携式电逡逑动钻床用单相ＳＲＭ，实物如图１－１所示。该电机懫用单相４／２极结构，单方向逡逑运行，额定转速范围为７５００？１５０００ｒｐｍ，额定转矩为２．２５Ｎ－ｍ，额定输出功率为逡逑２９４５Ｗ，并将其应用到电动钻床的系列化生产中。逡逑单相ＳＲＭ的结构决定了其存在两个转矩“死区”（定、转子中心线对齐和逡逑正交位置），在进行单相ＳＲＭ设计时需要使系统具有足够的转动惯性，并且单逡逑相ＳＲＭ需解决自起动问题，因此近年来有学者研宄将三相开关磁阻电机应用到逡逑电动钻床的驱动中。２０１６年，伊朗Ｓｈａｈｉｄ邋Ｂｅｈｅｓｈｔｉ大学的Ｓａｆｄａｒｚａｄｅｈ邋０等人在逡逑文献［２３］中设计了一台通过三相６／４极ＳＲＭ与永磁继电器结合进行驱动的自动逡逑钻床，如图１－２所示。其机械运动部件可以同时旋转和线性运动，旋转运动以逡逑ＳＲＭ为基础，永磁继电器实现转子的线性运动。与传统钻床相比，该三相ＳＲＭ逡逑系统经济性较高

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【参考文献】