盘式永磁无刷直流电机的设计研究

论文摘要

盘式永磁无刷直流电机具有结构简单、运行可靠、维护方便、轴向结构紧凑和无级调速等特点。相对于传统电机,盘式永磁无刷直流电机的气隙是平面的,气隙磁场是轴向分布的,能够设计成具有较高的转矩-惯量比和功率密度,尤其是无铁心的电机没有涡流和磁滞损耗,节能效果显著,在电动车辆、高档家用电器、风力发电、石油化工等领域中有广泛的应用前景。因此,设计性能优异的盘式永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。本课题系统研究了盘式永磁无刷直流电机的本体设计,包括设计方法、有限元分析、性能计算、实验测试等。本文主要的研究成果如下:1、综述和分析了盘式永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景,由盘式永磁无刷直流电机的四个基本机械参数入手设计电机的结构尺寸,分析了盘式永磁无刷直流电机的基本电磁关系和设计特点,导出了一些具有指导意义的设计思想。2、利用Maxwell 3D电磁场分析软件建立了盘式永磁无刷直流电机的有限元分析模型,深入的分析盘式永磁无刷直流电机的三维电磁场,研究了盘式永磁无刷直流电动机的磁场分布规律,计算了电机的每极磁通,其结果为进一步优化设计方案提供了参考。3、基于两相导通星形三相六状态永磁无刷直流电机的相绕组端电压平衡方程式,推导了方波及正弦波永磁无刷直流电机相电流的解析公式,并对计及绕组电感的永磁无刷直流电机的稳态特性进行仿真计算;提出了采用Runge-Kutta方法求解永磁无刷直流电机电流状态方程计算电机的稳态特性的数值方法。4、对盘式永磁无刷直流电机进行了实验测试和分析,包括电机参数的测量、磁场波形与反电势波形测试、电机控制运行情况、性能曲线测试。对测试结果与设计结果进行了比较分析,验证了设计方法的正确性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 盘式永磁无刷直流电机的研究现状与发展
• 1.2.1 永磁无刷直流电机简介
• 1.2.2 盘式永磁无刷直流电机简介
• 1.2.3 盘式永磁无刷直流电机的研究现状
• 1.2.4 盘式永磁无刷直流电机的发展展望
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 盘式永磁无刷直流电机的设计分析
• 2.1 盘式永磁无刷直流电机的基本理论
• 2.1.1 电机本体
• 2.1.2 位置传感器
• 2.1.3 电子开关线路
• 2.2 盘式永磁无刷直流电机的工作原理
• 2.3 盘式永磁无刷直流电机的磁路特点
• 2.3.1 主磁路的分布特点
• 2.3.2 漏磁路的分布特点
• 2.4 盘式永磁无刷直流电机的基本电磁关系
• 2.4.1 电枢绕组的反电势
• 2.4.2 电磁转矩
• 2.4.3 电磁功率
• 2.5 盘式永磁无刷直流电机机械参数的选择
• 2.5.1 主要尺寸的确定
• 2.5.2 极弧系数的选择
• 2.5.3 磁极厚度的选择
• 2.5.4 漏磁域宽度的选择
• 2.6 盘式永磁无刷直流电机的实验样机
• 2.7 小结
• 第3章 盘式永磁无刷直流电机的有限元分析
• 3.1 有限元法简介
• 3.2 有限元法的应用
• 3.3 盘式永磁无刷直流电机的电磁场分析
• 3.3.1 三维电磁场分析的基本假设
• 3.3.2 三维气隙磁场的分布
• 3.3.3 三维气隙磁场的变化规律
• 3.3.4 磁极厚度和气隙轴向长度对气隙磁密幅值的影响
• 3.4 小结
• 第4章 盘式永磁无刷直流电机的稳态性能分析
• 4.1 盘式永磁无刷直流电机的基本模型
• 4.2 两相导通三相星形六状态盘式永磁无刷直流电机的电路模型
• 4.2.1 反电势为理想梯形波
• 4.2.2 反电势为理想正弦波
• 4.2.3 反电势为任意波形
• 4.3 小结
• 第5章 盘式永磁无刷直流电机的实验测试与分析
• 5.1 电机参数测试
• 5.1.1 电阻的测量
• 5.1.2 电感的测量
• 5.2 气隙磁场波形测试
• 5.3 反电势波形测试
• 5.4 调速系统运行试验
• 5.5 性能测试
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表（或录用）的学术论文