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开关磁通永磁电机的设计与制作

作　者: 邓渊
导　师: 杨俊友
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 双凸极永磁电机开关磁通永磁电机齿槽转矩局部饱和
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文研究设计的是一种永磁体嵌入定子齿内的12/10极结构的三相开关磁通永磁电机,属于新型的双凸极永磁电机的一种。它继承了开关磁阻电机结构简单、可靠性高等优点,也具有永磁电机效率高、转矩密度大等特点；同时这种类型的电机还有效地克服了开关磁阻电机控制形式复杂、噪音振动大等缺点,该电机是近年来研究的热点。本文首先从开关磁通永磁电机的理论入手,详细分析了该电机的运行机理。通过磁路和电路基本方程、机械方程、机电联系方程、磁链方程、电压方程,最终推导出三相开关磁通永磁电机的数学模型,为电机电磁方案的确立提供了理论基础。其次,由于开关磁通永磁电机特殊的结构特点,本文在设计上提出了针对该种电机设计的基本要求。详细地分析了如何选择电机材料、磁路结构、尺寸配比,并且针对其永磁体工作点进行了计算,同时也进行了磁路和绕组计算,最后得出了一套较为合理的电磁方案。再次,通过场路结合的方法分析和计算了12/10极结构开关磁通永磁电机的反电势、相电流、齿槽转矩、局部饱和等特性,通过搭建仿真控制电路,利用Ansoft磁场分析软件较为准确地模拟了电机从起动到稳定运行的过程,给出了电机额定转矩波形、瞬态转速波形、驱动电压波形等。最后,分析了开关磁通永磁电机的齿槽转矩。由于该电机定、转子采用双凸极结构,齿槽转矩相对较大,如何降低转矩波动是设计的关键。本文从永磁体宽度和气隙长度两方面分析了不同尺寸下的转矩脉动值,并且在保证性能的前提下,确定了永磁体宽度和气隙长度选取的合理值。通过样机的制作,验证了理论分析可靠性,仿真的准确性,对以后的研究具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题的背景和研究意义  10-11
  1.2 双凸极电机的研究概况  11-13
    1.2.1 带永磁体的开关磁阻电机  11-13
  1.3 开关磁通永磁电机的发展  13-15
  1.4 本章小结  15-16
第二章三相开关磁通永磁电机理论分析  16-23
  2.1 三相开关磁通永磁电机的工作原理与结构  16-17
  2.2 新型三相开关磁通永磁电机的数学模型  17-20
    2.2.1 磁路及电路基本方程  17-18
    2.2.2 机械方程  18-19
    2.2.3 机电联系方程  19-20
  2.3 基于dq0坐标的电机模型  20-22
    2.3.1 磁链方程  21
    2.3.2 电压方程  21
    2.3.3 电机dq0坐标相量图  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章三相开关磁通永磁电机电磁设计  23-36
  3.1 三相开关磁通永磁电机的基本设计要求  23-24
  3.2 开关磁通永磁电机的设计特点  24-35
    3.2.1 设计任务书  24
    3.2.2 电机材料的选择  24-25
    3.2.3 主要尺寸的选择  25-27
    3.2.4 永磁体选择与计算  27-28
    3.2.5 磁路计算  28-32
    3.2.6 绕组计算  32-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章开关磁通永磁电机的有限元分析  36-52
  4.1 有限元分析  36-38
    4.1.1 有限元分析软件Ansoft介绍  36
    4.1.2 Ansoft有限元分析流程  36-38
  4.2 开关磁通永磁电机的有限元分析  38-49
    4.2.1 电机参数及分析模型的建立  38-40
    4.2.2 静磁场分析  40-42
    4.2.3 空载磁场分析  42-44
    4.2.4 负载磁场分析  44-49
  4.3 电机实物图及电机装配图  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章开关磁通永磁电机齿槽转矩分析  52-58
  5.1 齿槽转矩的产生机理及分析  52-53
  5.2 永磁体宽度对转矩脉动的影响  53-55
  5.3 气隙长度对转矩脉动的影响  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第六章结论  58-59
参考文献  59-62
在学研究成果  62-63
致谢  63

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