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六相盘式永磁同步电机的设计研究

作　者: 张琨
导　师: 王晓远
学　校: 天津大学
专　业: 电机与电器
关键词: 盘式 永磁电机 六相 参数计算 轴向磁通
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


盘式永磁同步电机属于轴向磁场电机,目前,该类电机在国外已经得到了迅速发展,作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机已广泛应用于机器人等机电一体化产品中。由于该类电机具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子无损耗、转动惯量小,机电时间常数小、转矩/重量比大、低速运行平稳、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点,其在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景,是一种理想的驱动装置。本文针对盘式永磁同步电动机的设计展开研究,完成的主要工作是从提高力能密度的角度出发,提出了一种新型的六相盘式永磁同步电动机,并从此种电机的结构入手对其进行了磁路分析和电磁计算,针对盘式永磁电机的磁场分布特点,编写了盘式永磁电机电磁设计程序和算例。通过对样机设计值与实验值比较,开发了一套盘式永磁同步电机设计的CAD软件。在此盘式永磁同步电动机的设计中,采用了针对六相电机的22极24槽结构,使得电机的主要尺寸减小,电机定子冲槽、电枢下线等工艺要求降低。并通过对永磁体的形状进行的优化,使永磁电机气隙磁密波形畸变率减小,从而降低了转矩脉动。定量分析了不同定子槽口宽度对空载反电动势波形和齿槽转矩的影响规律,并从电机的主要尺寸方程入手将盘式永磁电机和径向永磁电机的转矩密度进行了比较,得到了两种电机转矩密度的变化关系。推导了六相盘式永磁同步电动机的电枢反应电抗、漏抗等的计算公式,同时也给出了这些参数相应的有限元计算方法,两种计算结果基本一致。并且在对多极少齿结构电机的漏磁系数进行研究的基础上,总结了该类电机的漏磁系数的计算方法。最后,在上述研究的基础上,设计制造了一台5kW的双定子单转子结构的盘式永磁同步电动机样机并做了详细的实验,实验结果与理论分析基本一致。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 盘式永磁电机国内外发展及研究现状  9-13
  1.3 本课题的研究内容  13-14
第二章 六相盘式永磁同步电机的结构及工作原理  14-28
  2.1 永磁同步电动机的基本结构  14-16
  2.2 盘式永磁电机  16-22
    2.2.1 盘式永磁电机的分类  16-19
    2.2.2 轴向电机与径向电机的比较  19-22
  2.3 多相永磁同步电机  22-24
    2.3.1 多相永磁同步电机的优点  22-23
    2.3.2 六相双Y绕组  23-24
  2.4 六相双Y盘式永磁同步电机结构及工作运行原理  24-28
    2.4.1 六相盘式永磁同步电动机结构  24-25
    2.4.2 六相双Y盘式永磁同步电动机工作运行原理  25-28
第三章 六相盘式永磁电机的电磁计算  28-49
  3.1 盘式永磁电机的磁路分析  28-30
    3.1.1 盘式永磁同步电机定子齿距沿半径方向的变化对磁场的影响  28-29
    3.1.2 盘式永磁同步电机的磁路计算模型及特点  29-30
  3.2 盘式永磁同步电机的空载磁场计算  30-35
    3.2.1 空载漏磁系数计算  30-33
    3.2.2 空载气隙磁密计算  33-35
  3.3 盘式永磁同步电机电磁计算程序的编制  35-44
  3.4 电磁设计软件的开发  44-49
    3.4.1 永磁电机计算机辅助设计方法  44-46
    3.4.2 电磁设计CAD软件  46-49
第四章 六相盘式永磁电机的设计  49-68
  4.1 盘式永磁电机主要尺寸的确定  49-50
  4.2 22 极24 槽结构设计  50-52
  4.3 永磁体的设计  52-55
    4.3.1 轴向方向的永磁体形状对磁场分布的影响  52-54
    4.3.2 径向方向的永磁体形状对磁场分布的影响  54-55
    4.3.3 永磁体厚度的确定  55
  4.4 定子槽设计  55-56
  4.5 空载反电动势计算  56
  4.6 损耗计算  56-58
  4.7 电枢反应电抗的计算  58-61
  4.8 漏抗推导与有限元计算  61-68
    4.8.1 槽漏抗  61-65
    4.8.2 端部漏抗  65-68
第五章 样机  68-70
第六章 结论  70-71
参考文献  71-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 永磁电机
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