医用无槽椭圆磁极无刷直流电机研究

发布时间：2020-09-27 21:39

　　现有医疗设备大多采用无刷直流电机。本文针对现有无刷直流电机存在气隙磁密较正弦化,齿槽转矩大等问题,提出了采用新型椭圆磁极结构的无槽无刷直流电机。这种电机可以使气隙磁密接近梯形波,进一步降低转矩脉动,减小振动与噪声,提高电机的运行性能。本文对其气隙磁密、磁极椭圆度、振动与噪声等问题进行了分析与研究。首先,介绍了椭圆磁极无槽无刷直流电机的结构,采用气隙磁场叠加的解析方法来计算不等厚磁极的气隙磁密,并用有限元仿真验证其正确性;研究平行和径向两种充磁方式对电机空载反电动势,电枢电流以及电磁转矩的影响;对椭圆磁极在不同椭圆度下电机气隙磁密波形、气隙磁密基波幅值、电磁转矩大小和转矩脉动率的影响进行了仿真分析;研究了非晶材料和软磁铁氧体两种材料下椭圆磁极无槽无刷直流电机的定子铁耗,并与传统的硅钢片定子铁心进行了对比分析。其次,研究椭圆磁极结构在不同椭圆度下对电机振动与噪声的影响,包括采用了解析法和有限元法研究电机定子结构的固有模态频率。解析法时将样机简化成圆环板,计算得到了样机的固有频率,有限元法时利用ANSYS软件对电机定子结构模型、加入机壳后的电机定子模型以及加入端盖后的电机定子结构模型分别进行了模态仿真;在固有模态分析的基础上,分析了不同椭圆度下椭圆磁极无槽无刷直流电机空载和负载径向电磁力波的大小和频谱,对引起电机电磁噪声的径向电磁力波进行了对比分析,并将电磁力波和振动与噪声做了耦合仿真分析,得出振动加速度和电磁噪声的仿真结果。最后,试制了一台104W椭圆磁极无槽无刷直流电机样机,进行了空载反电动势实验,负载实验时测得电机的电压、电流波形和电磁转矩曲线;采用锤击法进行了模态实验,测量了电机的固有模态频率;振动和噪声实验时测量了椭圆磁极无槽无刷直流电机机壳表面的振动加速度和电机噪声;测量了不同转速下圆形与椭圆磁极无槽无刷直流电机振动加速度和噪声,并做了对比分析。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM33
【部分图文】：

磁极,面包,不同形状

轴向磁通电机进行仿真研究，着重对其涡流损耗和温升进行了析了无铁心永磁电机的线圈结构。文献[21]研究了无槽电机电枢并指出采用无槽绕组的结构有利于散热。文献[22]研究了无槽电计算方法。不等厚磁极研究现状对椭圆磁极的研究文献比较少，研究较多的是削角磁极、偏心偏心）、Halbach 磁极的拓扑结构，如图 1.1 所示，其本质都是研究。椭圆磁极实质上也是一种不等厚磁极，因此可以将研究鉴到椭圆磁极电机上来。

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节省永磁材料，而且此外波形，抑制电机的转矩波非常重要的，更是对永磁电磁电机的磁场分布，研究法、数值方法和解析方法准确度高、易于分析参数法。目前，具有传统等厚法，子域模型方法是其中。然而，当永磁体的磁极加复杂，使得用传统的子不等厚磁极永磁电机的磁研究人员仅限于表征和优

示意图,磁极,等厚,椭圆

（a）等厚磁极（b）椭圆磁极图 2.3 等厚磁极和椭圆磁极电机示意图利用离散化的思想，对于厚度不等的椭圆磁极在圆周方向上进于 N 块均匀分散的永磁块。如图 2.4 所示，对每极下的各永磁体2，3，···，N，为了便于对单个永磁体的形状特征进行数学描述了简化。当 N 取较大值时，认为每个永磁块的径向厚度大致相等单组等厚极电机模型的数学模型。图 2.4 椭圆磁极离散分割图永磁电机每个极的磁极形状相同，所以每个磁极中的第 j 块永磁，将所有极下第 j 块永磁体合记为一组（第 j 组）。并认为该组均匀，内、外半径不随位置角变化而改变，统一将内半径记为 mj。

【参考文献】