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基于场路结合的永磁直流电动机优化设计

作　者: 辛懋
导　师: 韩力
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 永磁直流电动机电磁场粒子群算法优化设计软件开发
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 147次
引　用: 2次
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内容摘要

永磁直流电动机具有结构简单、体积小、效率高等优点,在国民经济各行各业得到了广泛应用。随着新结构、新材料、新工艺的出现,永磁直流电动机的磁路结构和参数计算更加复杂,传统的磁路设计方法难以保证设计的准确性。为此,本文采用场路结合的思想,对永磁直流电动机进行了分析计算和优化设计,其主要工作和取得的成果如下。首先,分析并建立了求解永磁直流电动机电磁场的有限元模型,分别计算了空载漏磁系数、气隙系数、电枢计算长度和计算极弧系数,给出了磁极偏心时的计算极弧系数变化曲线,为更加精确地进行电磁设计奠定了基础;第二,在分析齿槽转矩产生机理的基础上,提出了1种永磁电机齿槽转矩计算的新方法,并通过与实验数据的对比,验证了该方法的正确性;第三,利用电磁场有限元计算,对磁极削角方式抑制齿槽转矩的效果进行了研究,结果表明,最佳削角方式可削弱齿槽转矩达79%;第四,对偏心磁极结构对电枢反应的影响进行了研究,发现采用偏心磁极可以抑制电枢反应引起的气隙磁场畸变,减小最大片间电压,但并不能减小换向区域的气隙磁密;最后,分析并建立了永磁直流电动机的优化设计模型,并应用粒子群算法研发了相应的优化设计软件,实现了永磁直流电动机的高效率和低成本优化。本文的研究工作对改善永磁直流电动机参数和性能计算的准确性,探讨采用不同永磁结构削弱齿槽转矩、抑制电枢反应的效果,以及提高整机性价比等方面具有参考价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 国内外研究现状  9-13
    1.1.1 永磁直流电机的研究现状  9-10
    1.1.2 优化算法及其在电机设计中的应用情况  10-11
    1.1.3 永磁直流电动机设计方法研究现状  11-13
  1.2 本文研究的目的和意义  13-14
    1.2.1 本文研究的目的  13
    1.2.2 本文研究的意义  13-14
  1.3 本文研究的主要内容  14-15
2 永磁直流电动机的基本结构、工作原理和设计方法  15-22
  2.1 引言  15
  2.2 永磁直流电动机的基本结构和工作原理  15-17
    2.2.1 永磁直流电动机的基本结构  15-16
    2.2.2 永磁直流电动机的工作原理  16-17
  2.3 永磁直流电动机的设计方法  17-20
    2.3.1 等效磁路设计方法  17-19
    2.3.2 电磁场有限元计算  19-20
  2.4 本文的研究工具  20-21
    2.4.1 Ansoft 简介  20-21
    2.4.2 Visual Basic 简介  21
  2.5 小结  21-22
3 基于电磁场分析的永磁直流电动机主要系数计算  22-31
  3.1 引言  22
  3.2 气隙系数的有限元计算  22-24
  3.3 漏磁系数的有限元计算  24-27
  3.4 电枢计算长度的有限元计算  27
  3.5 计算极弧系数的有限元计算  27-30
  3.6 小结  30-31
4 基于电磁场分析的永磁直流电动机齿槽转矩研究  31-42
  4.1 引言  31
  4.2 齿槽转矩的产生机理  31
  4.3 齿槽转矩的计算方法  31-36
    4.3.1 齿槽转矩计算方法介绍  31-32
    4.3.2 时变运动场计算齿槽转矩  32-36
  4.4 齿槽转矩的削弱方法  36-41
    4.4.1 齿槽转矩的削弱方法介绍  36-37
    4.4.2 本文提出的削弱齿槽转矩的新方法  37-41
  4.5 小结  41-42
5 基于电磁场分析的永磁直流电动机偏心磁极结构设计研究  42-50
  5.1 引言  42
  5.2 永磁直流电动机交轴电枢反应的特点及其对性能的影响  42-44
  5.3 偏心磁极结构设计对气隙磁场畸变率和环火影响的研究  44-48
  5.4 偏心磁极结构设计对换向区磁密大小和换向影响的研究  48-49
  5.5 小结  49-50
6 粒子群算法的基本理论与数值检验  50-57
  6.1 引言  50
  6.2 粒子群算法的基本理论  50-51
  6.3 粒子群算法的参数分析与设置  51-52
  6.4 粒子群算法的数学检验  52-56
    6.4.1 数值实验软件的开发  52
    6.4.2 Rosenbrock 函数的数值检验  52-54
    6.4.3 Shubert 函数的数值检验  54-55
    6.4.4 Schaffer 函数的数值检验  55-56
    6.4.5 粒子群算法与模拟退火算法的对比  56
  6.5 小结  56-57
7 粒子群算法在永磁直流电动机优化设计中的应用  57-67
  7.1 引言  57
  7.2 永磁直流电动机的优化设计模型  57-59
    7.2.1 目标函数  57
    7.2.2 约束条件  57-58
    7.2.3 优化变量  58-59
  7.3 基于粒子群算法的永磁直流电动机优化设计软件研发  59-63
    7.3.1 优化设计软件的研发思路  59
    7.3.2 软件功能与系统框图  59-60
    7.3.3 软件功能模块简介  60-63
  7.4 粒子群算法在永磁直流电动机优化设计中的应用研究  63-66
    7.4.1 优化设计数学模型  63-64
    7.4.2 优化结果及其分析  64-66
  7.5 小结  66-67
8 全文总结与展望  67-69
  8.1 全文总结  67-68
  8.2 后续工作展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录  73-75
  作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  73-75

基于场路结合的永磁直流电动机优化设计

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