近极槽无刷直流电机的设计研究与损耗分析

发布时间：2017-07-19 11:29

  本文关键词：近极槽无刷直流电机的设计研究与损耗分析

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【摘要】：永磁无刷直流电机是一种集电机和电力电子一体化的高科技产品,它具有结构简单、运行可靠,效率高,形状尺寸灵活等显著优点,因此在航空航天系统、工业自动化装备、医疗器械、交通运输、家电民用消费产品等领域有着越来越广泛的应用。齿槽转矩的最小化是永磁无刷直流电机设计领域研究的难点和重点。现有研究表明:当定子槽数与转子极对数的最小公倍数为2p Q(p为极对数,Q为定子槽数),最大公约数为1时,能使齿槽转矩最小。在此基础之上,文章选择了近极槽永磁无刷直流电机进行分析,进一步分析了近极槽无刷直流电机极弧系数对齿槽转矩的影响。本文针对同一目标性能电机,采用近极槽和非近极槽两种方案进行设计,最大程度保证两种方案电机参数一致,只有轴向长度存在差别,在考虑了轴向长度对齿槽转矩的影响之后得到了近极槽能有效降低齿槽转矩的结论。此外,借助Ansoft软件,通过近极槽方案电机极弧系数的参数化分析说明了参数化分析在电机设计中的应用。另外通过仿真软件,对比了两种方案电机的性能。最后结合RMxprt软件仿真和经验计算公式对基本铁耗的增大系数估算给出了一种参考方法。样机两种初始方案的设计,Ansoft软件优化设计及比较,齿槽转矩和损耗分析是本文的三个重要部分。
【关键词】：永磁无刷直流电机 电磁设计 近极槽 齿槽转矩 损耗分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题背景与意义9
• 1.2 永磁无刷直流电机的发展概况9-10
• 1.3 永磁无刷直流电机的分类10-11
• 1.4 永磁无刷直流电机的特点与应用11-13
• 1.4.1 永磁无刷直流电机的特点11-13
• 1.4.2 永磁无刷直流电机的应用13
• 1.5 本文的研究内容及结构安排13-14
• 1.5.1 研究内容13
• 1.5.2 结构安排13-14
• 第二章 永磁无刷直流电机的基本原理14-27
• 2.1 永磁无刷直流电机的基本结构14-15
• 2.2 永磁无刷直流电机的工作原理15-17
• 2.3 永磁无刷直流电机的数学模型17-19
• 2.3.1 定子电压方程17-18
• 2.3.2 反电势动方程18
• 2.3.3 电磁转矩方程18-19
• 2.3.4 绕组电流方程19
• 2.4 永磁无刷直流电机电枢绕组机构19-20
• 2.4.1 绕组排列的原则19
• 2.4.2 同极和同相内的绕组连接19-20
• 2.4.3 相绕组引出端的分布原则20
• 2.4.4 三相永磁无刷直流电机的绕组形式20
• 2.5 永磁无刷直流电机的特性分析20-24
• 2.5.1 机械特性20-21
• 2.5.2 调节特性21-22
• 2.5.3 运行特性22-24
• 2.6 极槽配合对电机性能的影响24-26
• 2.6.1.基波绕组系数的影响25-26
• 2.6.2.不平衡磁拉力26
• 2.7 本章小结26-27
• 第三章 永磁无刷直流电机的电磁设计27-37
• 3.1 PMBLDCM设计方法简介27-29
• 3.1.1 磁路法27
• 3.1.2 磁网络法27
• 3.1.3 场路结合法27
• 3.1.4 电磁场解析法27-28
• 3.1.5 电磁场数值计算法28
• 3.1.6.数值解析结合法28
• 3.1.7.场路耦合时步有限元法28-29
• 3.2 永磁无刷直流电机设计与计算29-34
• 3.2.1 主要尺寸估算29
• 3.2.2 永磁体尺寸29
• 3.2.3 电枢绕组的设计29-30
• 3.2.4 主要性能参数30-32
• 3.2.5 损耗分析与效率32-34
• 3.3 设计流程图34
• 3.4 电机设计的主要约束条件34-35
• 3.5 两种方案的参数设计35-36
• 3.5.1 极槽配合型8极 9 槽方案方案35
• 3.5.2 普通型6极 9 槽方案参数表35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 永磁无刷直流电机建模与电磁分析37-55
• 4.1 电磁场基本理论37-40
• 4.1.1 麦克斯韦方程37-38
• 4.1.2 一般形式的电磁场微分方程38-39
• 4.1.3 电磁场中的定解条件39-40
• 4.2 永磁无刷直流电机的建模40-42
• 4.3 参数化分析在电机设计中的应用42-45
• 4.4 两种方案的输出对比分析45-46
• 4.4.1 输出转矩45
• 4.4.2 输出电流45-46
• 4.5 齿槽转矩分析46-50
• 4.5.1 齿槽转矩46-47
• 4.5.2 设计角度抑制永磁无刷直流电机齿槽转矩的措施47-48
• 4.5.3 极槽配合对齿槽转矩的影响48-49
• 4.5.4 两种不同极槽配合方案齿槽转矩对比49-50
• 4.6 损耗分析50-53
• 4.6.1 电机铁耗50-52
• 4.6.2 电机的电气损耗52-53
• 4.6.3 电机的机械损耗与输出功率53
• 4.6.4 电机的效率53
• 4.7 两种设计方案对比53-54
• 4.8 本章小结54-55
• 结论55-56
• 本文主要工作55
• 不足之处与展望55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果59-60
• 致谢60-61
• 附件61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 宋伟,王秀和,杨玉波;削弱永磁电机齿槽转矩的一种新方法[J];电机与控制学报;2004年03期

2 薛晓明;杨长江;;无刷直流电机建模研究[J];电机与控制学报;2009年06期

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本文编号：562687