永磁有刷直流微电机气隙磁密特性分析与结构参数稳健优化

发布时间：2017-09-04 22:09

  本文关键词：永磁有刷直流微电机气隙磁密特性分析与结构参数稳健优化

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【摘要】：永磁有刷直流微电机广泛应用于如汽车、家用电器、医疗器械和航模玩具等领域。永磁有刷直流微电机在大批量生产过程中,因受加工装配、材料特性、工作环境等随机因素的影响,其输出转矩特性一致性较差。为此,本文以永磁有刷直流微电机为研究对象,综合运用稳健设计、电磁学、机械优化设计、有限元分析等理论和方法,分析了不同充磁方式对气隙磁密特性的影响,研究了齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型,围绕输出转矩波动最小化展开了永磁有刷直流微电机结构参数稳健优化研究。主要研究内容如下:(1)研究了非齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型。针对4种不同的永磁体充磁方式,分别建立了非齿槽效应下的永磁体励磁和通电绕组励磁气隙磁密解析模型,分析计算了气隙磁密径向分量和切向分量,实验验证了该计算结果的有效性。(2)研究了齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型。综合考虑气隙磁导、磁极偏移和不同充磁方式,研究了齿槽效应下的合成气隙磁密和齿槽转矩计算方法。以此为基础,推导了不同充磁方式下的输出转矩解析模型。最后,通过实例分析计算了磁极偏移下的气隙磁密和齿槽转矩,并通过有限元分析对比,验证了该计算结果的有效性。(3)进行了永磁有刷直流微电机输出转矩的有限元分析。借助于Ansoft Maxwell有限元软件,分析了剩余磁通密度、相对磁导率、极弧系数、永磁体厚度、极弧偏移距离、定子厚度、齿宽、齿楔角、槽底高度、槽口宽等因素对电机输出转矩的影响规律,并实验验证了分析结果的正确性。(4)进行了永磁有刷直流微电机结构参数的稳健优化。运用稳健设计方法,选取定子厚度、极弧偏移距离、极弧系数、剩余磁通密度、相对磁导率和转轴材料作为控制因素,以定子厚度偏差、极弧偏移距离偏差、极弧系数误差、剩余磁通密度偏差、转子动态偏心和磁极位置偏移为噪声因素,安排正交试验,以输出转矩波动系数作为优化目标,通过信噪比分析获得最佳参数组合并进行模拟试验,结果表明:与初始设计相比,波动系数均值减小了76.8%,方差减小了89.5%。该方法为永磁直流有刷微电机低成本高质量设计提供了新的途径。
【关键词】：永磁有刷直流微电机 稳健设计 磁极偏移 气隙磁密 输出转矩
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM38
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题来源与研究意义10
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 永磁电机电磁场解析计算10-11
• 1.2.2 永磁电机电磁场有限元分析11-12
• 1.2.3 稳健设计12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-16
• 第二章 非齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型及分析16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 非齿槽效应下的磁密解析计算模型16-25
• 2.2.1 四种不同充磁方式下永磁体解析模型17-20
• 2.2.2 永磁体励磁的气隙磁场解析模型20-22
• 2.2.3 通电绕组励磁气隙磁场解析模型22-25
• 2.3 实例计算25-27
• 2.4 永磁体励磁磁密检测分析27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型及分析30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 气隙磁导函数计算30-33
• 3.2.1 基于卡特系数的气隙磁导计算30-31
• 3.2.2 复数气隙磁导计算31-33
• 3.3 合成气隙磁场解析模型33
• 3.4 齿槽转矩的解析模型33-35
• 3.5 考虑磁极偏移的影响35
• 3.6 永磁电机瞬态输出转矩解析模型35-36
• 3.7 实例计算36-43
• 3.7.1 四种不同充磁方式下的空载气隙磁密计算36-39
• 3.7.2 不同充磁方式下的齿槽转矩计算39-40
• 3.7.3 磁极偏移对永磁电机齿槽转矩的影响40-43
• 3.8 本章小结43-44
• 第四章 永磁有刷直流微电机输出转矩的有限元分析44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 永磁有刷直流微电机有限元模型建立44-51
• 4.2.1 二维有限元法44-45
• 4.2.2 有限元模型的建立45-51
• 4.3 材料特性对电机输出转矩的影响分析51-52
• 4.4 结构参数对电机输出转矩的影响分析52-58
• 4.4.1 永磁体结构参数分析52-54
• 4.4.2 定转子结构参数分析54-58
• 4.5 磁极偏移对电机输出转矩的影响58
• 4.6 电机输出转矩实验58-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第五章 永磁有刷直流微电机结构参数的稳健优化62-70
• 5.1 引言62
• 5.2 输出转矩波动分析62-64
• 5.3 基于正交试验的永磁有刷直流微电机结构参数的稳健优化64-69
• 5.3.1 正交试验设计64-65
• 5.3.2 评价指标与信噪比65
• 5.3.3 正交试验结果与数据分析65-67
• 5.3.4 稳健优化结果与分析67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 主要工作与结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 附录：攻读硕士学位期间的学术成果78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王秀和,张端桥,唐任远;永磁直流电动机气隙磁场的解析计算[J];电工技术学报;1999年05期

2 吴顺海;;高速动车组用异步牵引电机内电磁场的时步有限元计算与分析[J];电力机车与城轨车辆;2011年01期

3 胡钧铭;魏发远;葛任伟;;机械稳健设计的研究概况及发展趋势[J];机械制造;2011年08期

4 乔鸣忠;梁京辉;张晓锋;李s，

本文编号：794115