高速永磁无刷直流电机的设计及优化

发布时间：2017-09-28 22:32

  本文关键词：高速永磁无刷直流电机的设计及优化

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【摘要】：我国制造业正朝着高速、高效、节约资源的方向发展,作为一体化的高速永磁无刷直流电机,因其噪声低、可靠性高和使用寿命长,其应用范围将逐渐扩大,因此具有研究的必要。本文针对槽/极之比为3的高速永磁无刷直流电机铜耗比较大,不利于效率提升的问题,给出一种同等实验环境下,铜耗较前者较小的结构为4极6槽的高速永磁无刷直流电机设计方案。针对一般情况下铁耗在电机损耗中占有比例相对较大的问题,本文结合一种新型的智能搜索算法对4极6槽结构的高速永磁无刷直流电机设计方案的进行优化研究。论文主要内容如下：研究高速永磁无刷直流电机的本体设计,借助软件设计出4极6槽的1.6kW,35000rpm的高速永磁无刷直流电机模型,借助瞬态场有限元软件对电机性能进行分析,证明电机具有较好的性能；针对和声搜索算法以随机方式生成初始和声,容易产生其在定义域中分布不均匀的问题,基于区域划分的方法使初始和声在定义域中尽可能的分布均匀；将改进和声搜索算法与电机模型设计相结合,以铁耗为优化目标,提出了一种改进的电机设计方案,其降低了电机的铁心损耗。本文设计的4极6槽结构的高速永磁无刷直流电机不仅满足效率和输出功率的要求,还在电磁力距、反电势波形方面具有良好的性能体现,符合预期目标。改进的和声搜索算法能够均匀地从输入域中选取数据,并通过合理地设置相关参数调节和声记忆库的多样性、解变量调整精度等,从而使和声搜索算法在寻优效率和解变量的合理性方面有了较大的提升；从最终的实验结果上看,经过改进和声搜索算法优化后的电机设计方案,明显降低了电机铁耗,进而提升了电机的整体效率。
【关键词】：高速永磁无刷直流电机 本体设计 改进和声搜索算法 铁耗优化
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 高速永磁无刷直流电机概述8
• 1.2 研究背景及意义8-9
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势9-12
• 1.3.1 国外现状10
• 1.3.2 国内现状10-11
• 1.3.3 发展趋势11-12
• 1.4 本论文研究工作和主要内容12-13
• 第2章 高速永磁无刷直流电机的设计13-24
• 2.1 永磁无刷直流电机的基本组成环节及原理13-15
• 2.2 电子开关线路15-16
• 2.3 位置传感器16
• 2.4 电动机本体16-18
• 2.5 设计任务及设计步骤18-19
• 2.6 高速永磁无刷直流电机电磁设计特点19-22
• 2.6.1 主要尺寸的选取19-20
• 2.6.2 极数和定子槽数的选取20-21
• 2.6.3 永磁材料的选择21-22
• 2.6.4 永磁体的保护22
• 2.7 本章小结22-24
• 第3章 高速永磁无刷直流电机电磁场仿真24-35
• 3.1 设计方法24
• 3.2 电机模型的建立24
• 3.3 电机的驱动电路模型的建立24-26
• 3.4 电机特性曲线26-30
• 3.4.1 磁路法原理26-27
• 3.4.2 永磁无刷直流电机的等效磁路27-28
• 3.4.3 特性曲线28-30
• 3.5 电机瞬态场分析30-34
• 3.5.1 有限元原理及求解过程30
• 3.5.2 瞬态场分析理论30
• 3.5.3 空载瞬态场分析30-32
• 3.5.4 负载瞬态场分析32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 和声搜索算法的改进与验证35-48
• 4.1 优化设计分类35-36
• 4.2 基本和声搜索算法36-40
• 4.2.1 和声搜索算法原理36-37
• 4.2.2 和声搜索算法步骤37-40
• 4.2.3 和声搜索算法特征40
• 4.3 和声搜索算法的改进策略40-42
• 4.4 实例验证42-47
• 4.4.1 非约束函数实验与结果分析43-45
• 4.4.2 约束函数实验与结果分析45-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 基于改进HS的高速永磁无刷直流电机铁心损耗的优化48-67
• 5.1 高速永磁无刷直流电机铁心损耗研究48-54
• 5.1.1 铁耗的计算模型48-49
• 5.1.2 定子铁心齿部和轭部磁密经典计算公式49-50
• 5.1.3 定子铁心具体的磁密分析50-54
• 5.2 电机优化方法选择54-55
• 5.3 电机优化的数学模型55-59
• 5.3.1 电机优化变量的选取55-56
• 5.3.2 目标函数的选取56-57
• 5.3.3 约束条件的选取57-59
• 5.4 电机优化程序设计与实现59-62
• 5.4.1 MFC背景59
• 5.4.2 优化程序设计结构59-60
• 5.4.3 优化设计程序的输入输出界面60-62
• 5.5 程序结果分析与仿真验证62-65
• 5.5.1 程序结果分析62-63
• 5.5.2 优化结果验证63-65
• 5.6 本章小结65-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 本文总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 作者简介74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 孔晓光;王凤翔;徐云龙;邢军强;;高速永磁电机铁耗的分析和计算[J];电机与控制学报;2010年09期

2 田占元;祝长生;王玎;;飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗[J];浙江大学学报(工学版);2011年03期

3 范镇南;韩力;;电机优化设计技术发展情况[J];电机与控制应用;2006年08期

4 黄允凯;胡虔生;朱建国;;永磁无刷直流电机铁耗计算方法[J];电机与控制应用;2007年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王继强;高速永磁电机的机械和电磁特性研究[D];沈阳工业大学;2007年

2 王凯;三次谐波法无传感器控制的高速永磁无刷直流电机的研究[D];浙江大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 刘琼;智能优化算法及其应用研究[D];江南大学;2011年

2 孙晓霞;永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究[D];浙江大学;2006年

3 金鑫;永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D];南京理工大学;2013年

4 陈小军;高速永磁无刷直流电机磁热耦合分析与效率优化研究[D];广东工业大学;2013年

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本文编号：938460