低速大转矩直接驱动永磁无刷电机研究

论文摘要

相对于传统的电机加减速器的传动系统,低速大转矩直接驱动电机具有特殊的优点。永磁无刷电机的高效和高转矩密度特点使其在低速大转矩直接驱动领域具有明显优势,本文对低速大转矩直接驱动永磁无刷电机进行了分析和设计研究,主要内容如下:首先,对永磁电机的磁路进行分析,给出其等效磁路图及其简化的等效磁路图,根据等效磁路推导出表面式永磁电机空载漏磁系数的数学表达式,并采用电磁场数值计算方法进行了验证。最后给出空载漏磁系数随永磁电机各尺寸变化的曲线表达式。其次,对在直接驱动永磁无刷电机中具有重要应用价值的每极每相槽数小于等于1的所有绕组型式进行对比研究,比较它们的电感参数、最大功率、齿槽转矩、相电动势波形、磁动势谐波以及单边磁拉力等的差异,提出低速大转矩直接驱动永磁无刷电机的绕组策略和极槽配合原则。再次,介绍永磁无刷电机的弱磁调速方法,采用磁路分析方法,通过对比研究分数槽集中绕组与整数槽绕组永磁无刷电机直轴电感值的差异,给出了分数槽集中绕组永磁无刷电机提高直轴电感从而提高该种电机恒功率弱磁扩速能力的机理。最后,针对一飞轮驱动永磁无刷电机的应用背景,设计制作了分数槽集中绕组永磁无刷电机样机,给出了其计算结果和部分试验结果,样机不但具有较好的性能,而且验证了理论分析结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 引言
• §1.1 课题背景和选题意义
• §1.2 低速大转矩直接驱动永磁无刷电机优越性及研究现状
• §1.2.1 低速大转矩直接驱动电机及直接驱动永磁无刷电机的优越性
• §1.2.2 低速大转矩直接驱动永磁无刷电机的应用研究现状
• §1.3 永磁无刷电机分数槽绕组结构的优越性及应用现状研究
• §1.3.1 永磁无刷电动机分数槽绕组结构的优越性
• §1.3.2 永磁无刷电动机分数槽绕组结构的应用研究现状
• §1.4 本文主要研究内容
• 第二章 永磁无刷电机的磁路分析与空载漏磁系数计算
• §2.1 引言
• §2.2 永磁电机磁路分析
• §2.2.1 永磁无刷电机磁路的基本结构
• §2.2.2 永磁电机磁路的简化
• §2.3 永磁电机磁路计算
• §2.4 空载漏磁系数的计算
• §2.5 电磁场验证
• §2.6 空载漏磁系数和其它参数之间的关系
• §2.7 本章小结
• 第三章 分数槽低速大转矩直接驱动永磁无刷电动机研究
• §3.1 引言
• §3.2 小分数槽绕组电机结构及绕组型式
• §3.3 电机电感
• §3.4 电机齿槽转矩
• §3.5 相电动势
• §3.6 电枢磁动势
• §3.7 单边磁拉力与局部饱和
• §3.8 结论
• §3.9 本章小结
• 第四章 分数槽集中绕组永磁无刷电机最佳弱磁
• §4.1 引言
• §4.2 表面式永磁无刷电机的分数槽集中绕组选择
• §4.3 12槽10极外转子永磁无刷电机绕组分布
• §4.4 分数槽集中绕组永磁无刷电机提高直轴电感的机理对比研究
• §4.4.1 A相绕组磁链分析
• §4.4.2 电机直轴电感计算
• §4.4.3 绕组函数电感谐波分析
• §4.5 本章小结
• 第五章 样机及试验结果
• §5.1 样机设计目的及总体思路
• §5.2 样机的设计数据
• §5.3 样机电机的电磁场分析计算
• §5.4 样机实验
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表