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高速永磁无刷直流电动机设计与分析

作　者: 王兴佳
导　师: 王成元；夏加宽
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 高速永磁无刷直流电动机铁耗计算齿槽转矩波动优化
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高速永磁电机具有转速高、电机尺寸小、功率密度大、效率高等显著优点,因此高速永磁电机的应用前景非常广阔。然而在高速永磁电机设计的过程中存在着许多的技术难点,例如高速永磁电机的损耗和振动噪声问题。永磁体的温升过高会引起永磁体的退磁,所以准确计算电机内部的损耗,合理设计通风散热,对高速永磁电机尤其重要；解决不好电机的齿槽转矩时,高速电机的震动和噪声将对电机的性能有很大的影响。本文对1.1kW、27000r/min的高速永磁电机主要做了以下三项主要工作：首先,针对高速永磁无刷直流电动机的结构、运行的原理及特点,总结了高速永磁电机电磁设计方面的基本原则,对电动机进行了电磁设计,根据设计的基本原则并且结合了Ansoft软件对样机做了计算与优化,经过多次计算与优化得到电磁方案。其次,针对高速永磁电机定子电流频率高、铁耗大、准确计算困难的问题,在高频下,工频定子铁心损耗的计算方法已不再适合于高速电机。由于高速永磁无刷直流电动机的磁场为步进磁场,采用二维有限元法对定子铁心的交变磁场和旋转磁场进行了分析。本文计算了基于分立铁耗原理定子损耗计算模型的参数。对其磁场采用谐波分析,在贝尔托蒂(Bertotti)铁耗计算模型的基础上将各次频率损耗叠加进行计算。最后,本文针对高速永磁无刷直流电动机运行时齿槽转矩波动带来的振动噪声问题,采用槽口宽度优化与穿绕式绕组相结合的方法,对比了几种尺寸结构下的齿槽转矩波动和漏磁情况,在漏磁最少的情况下使槽口宽度最小,使用有限元法计算和分析其方法对齿槽转矩的影响。在不影响工艺需求,同时降低槽楔成本的情况下减小了转矩的波动,经仿真验证与理论分析是结果得到验证,具有很好的经济效益。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 高速电机的国内外发展现状和前景  11-14
  1.3 本文研究的主要内容  14-16
第二章高速永磁无刷直流电动机电磁方案的设计  16-33
  2.1 高速永磁无刷直流电动机的工作原理  16-20
    2.1.1 高速永磁无刷直流电动机的本体结构  16-19
    2.1.2 高速永磁无刷直流电动机的工作原理  19-20
  2.2 高速永磁无刷直流电动机电磁方案的设计  20-27
    2.2.1 电机重要尺寸的设计  20-22
    2.2.2 电机磁负荷和电负荷的设计  22-23
    2.2.3 电机气隙的设计  23
    2.2.4 电机极数和定子槽数的设计  23-24
    2.2.5 电机定子槽型的设计  24-25
    2.2.6 电机永磁体的设计  25-26
    2.2.7 电机转子强度的计算  26-27
  2.3 高速永磁无刷直流电动机的仿真  27-32
    2.3.1 高速永磁无刷直流电动机参数  27-28
    2.3.2 高速永磁无刷直流电动机仿真  28-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章高速永磁电动机定子磁场铁耗分析计算  33-46
  3.1 高速永磁电动机定子铁耗计算的方法  33-35
    3.1.1 高速永磁电动机铁耗计算概述  33-34
    3.1.2 高速永磁无刷直流电机铁耗分析  34-35
  3.2 电机定子铁耗计算模型的分析  35-36
    3.2.1 传统电机的铁耗计算模型  35
    3.2.2 Berttoti铁耗计算模型  35-36
  3.3 高速永磁无刷直流电动机磁场分析与定子铁耗计算  36-44
    3.3.1 磁密等效分析  37-40
    3.3.2 高速永磁电机铁耗计算  40-42
    3.3.3 高速永磁电动机铁耗实验分析  42-44
  3.4 本章小结  44-46
第四章高速永磁无刷直流电动机齿槽转矩的优化  46-58
  4.1 齿槽转矩优化的方法  46-48
    4.1.1 磁性槽楔法和闭口槽法  47
    4.1.2 辅助槽、辅助齿和分数槽法  47-48
    4.1.3 优化极弧系数和齿槽比法  48
    4.1.4 斜槽法和斜极法  48
  4.2 齿槽转矩的计算方法  48-52
    4.2.1 对齿槽相互作用力的分析  49-50
    4.2.2 麦克斯韦张量法  50-52
  4.3 齿槽转矩优化计算  52-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章结论  58-59
参考文献  59-62
在学研究成果  62-63
致谢  63

高速永磁无刷直流电动机设计与分析

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