分数槽集中绕组永磁力矩电机的研究与设计

发布时间：2017-07-26 06:07

  本文关键词：分数槽集中绕组永磁力矩电机的研究与设计

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【摘要】：分数槽集中绕组永磁电机由于转矩密度高、弱磁性能好、齿槽转矩小和效率高等优点成为国内外研究的一个热点并被广泛的用于航空航天、电动汽车、舰船推进等诸多领域。本文以机载雷达伺服系统中所使用的分数槽集中绕组永磁力矩电机为研究对象,由于其应用场合的特殊性对电机设计提出以下要求:首先,由于机载设备安装空间和重量的限制,要求电机具有较高的转矩密度;另一方面,为保证雷达伺服系统在各种状况下能实现目标的精确跟踪,就要求对电机本身引起的转矩脉动加以抑制。本文针对分数槽集中绕组电机的应用场合与设计要求,主要做了以下几方面研究。与整数槽分布式绕组电机相比,分数槽集中绕组电机的最大特点之一是其绕组磁场除含有主磁场以及奇数次谐波磁场之外,还存在分数次谐波磁场,气隙磁场空间分布和变化规律十分复杂。本文通过解析法推导出了绕组磁场空间分布解析表达式,并由此计算出分数槽集中绕组电机绕组磁场谐波频谱,分析了主磁场、奇数次和分数次谐波磁场对电机电磁转矩的影响。基于该方法计算了不同绕组形式下气隙磁场谐波频谱以及电感组成,得出了电机电感值与绕组形式的变化规律,对不同极槽组合下电机的弱磁调速性能进行了对比。力矩电机本身所引起的转矩脉动会使伺服系统定位精度下降,因此必须对电机转矩脉动加以抑制。通过解析建模分别对纹波转矩和齿槽转矩两类转矩脉动的产生机理进行了分析,研究结果表明通过优化电机的绕组结构、极槽数、极弧系数,能够有效削弱电机的转矩脉动。由于电机输出转矩、重量、效率、温升等各诸多限制条件以及各电机参数之间复杂的耦合关系,电机的参数设计是电机设计的一个难点。本文通过磁路法特点建立了分数槽集中绕组电机的解析模型,通过该模型详细地分析了电机极对数、长径比、齿宽系数和裂比变化对转矩、重量和损耗等方面的影响,并由此总结了相关参数的设计方法和参数的选取范围。为了验证本文所提出分析结论和设计方法的正确和有效性,设计并加工了一台45槽38极分数槽集中绕组永磁力矩电机,样机额定转速为50rpm,输出转矩可达40N·m,电磁部分重量约为8.1kg。基于实验室现有的测功机平台和伺服电机控制器搭建了电机测试平台并完成了样机的测试工作,测试结果表明样机各项指标均达到了设计要求。
【关键词】：分数槽集中绕组 力矩电机 分数次谐波 转矩脉动 参数设计
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景11-14
• 1.1.1 机载雷达伺服系统的发展11-12
• 1.1.2 机载雷达伺服系统的组成12-13
• 1.1.3 分数槽集中绕组电机13-14
• 1.2 分数槽集中绕组电机研究状况14-16
• 1.3 本文的主要研究工作16-17
• 1.4 本文的内容安排17-18
• 第二章 分数槽集中绕组电机绕组磁场谐波组成及其影响18-30
• 2.1 分数槽集中绕组电机绕组磁场分析18-24
• 2.1.1 单个线圈的磁场19-20
• 2.1.2 相绕组划分以及绕组系数20-21
• 2.1.3 三相绕组的合成磁场21-23
• 2.1.4 电磁转矩与谐波磁场的关系23-24
• 2.2 分数槽集中绕组电机弱磁性能研究24-28
• 2.2.1 电机参数与调速性能的关系24-25
• 2.2.2 极槽组合对电感值的影响25-27
• 2.2.3 不同极槽组合电机弱磁调速性能对比27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 转矩的脉动来源与抑制30-38
• 3.1 纹波转矩30-33
• 3.1.1 绕组设计30-31
• 3.1.2 转子结构设计31-33
• 3.2 齿槽转矩33-37
• 3.2.1 齿槽转矩的解析分析34-35
• 3.2.2 极槽数对齿槽转矩的影响35-36
• 3.2.3 极弧系数对齿槽转矩的影响36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 分数槽集中绕组永磁力矩电机的参数化建模38-50
• 4.1 分数槽集中绕组电机解析模型38-42
• 4.1.1 分数槽集中绕组电机磁路特点38-39
• 4.1.2 基于磁路法的参数化建模39-42
• 4.2 分数槽集中绕组电机关键参数设计42-49
• 4.2.1 永磁体设计42-44
• 4.2.2 极对数选取44-45
• 4.2.3 定子长径比选取45-46
• 4.2.4 定子裂比选取46-47
• 4.2.5 齿宽系数选取47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 分数槽集中绕组永磁力矩电机样机设计与测试50-61
• 5.1 力矩电机样机设计50-55
• 5.1.1 电机设计指标50
• 5.1.2 样机设计50-53
• 5.1.3 样机参数53-55
• 5.2 力矩电机样机测试55-59
• 5.2.1 电机测试平台55-56
• 5.2.2 转矩-电流特性测试56-58
• 5.2.3 转矩-转速特性测试58-59
• 5.3 本章小结59-61
• 第六章 全文总结与展望61-63
• 6.1 全文总结61-62
• 6.2 需进一步完善的工作62-63
• 参考文献63-68
• 致谢68-69
• 在学期间的研究成果以及发表的学术论文69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 彭兵;夏加宽;董婷;王成元;;不等齿宽提高多槽少极隔齿隔相绕组永磁电机转矩的方法[J];中国电机工程学报;2012年S1期

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本文编号：574991