分数槽集中绕组永磁同步电机参数化设计研究

论文摘要

本文对分数槽集中绕组永磁同步电机的结构、性能特点以及参数设计进行了分析研究。论文首先分析了分数槽集中绕组电机的技术特点。在保证电机的性能指标和其他条件相同的前提下,分别对不同极槽配合的电机建立了有限元分析模型,通过仿真,从电机的效率、转矩性能、电机去磁风险等方面对不同的设计方案进行了对比分析。针对电机的转矩特性建立了数学模型,对影响电机低速转矩性能的几个关键参数进行分析,重点分析了定子裂比、每相串联匝数和永磁体参数对电机转矩性能的影响。针对转矩波动问题,分析了内置式永磁同步电机的极靴形状优化对转矩波动的影响,并以实际样机设计为例,具体说明了如何通过合理设计这几个电磁参数和优化极靴形状提高电机的低速转矩性能。弱磁扩速一直是永磁同步电机发展的瓶颈,论文对影响电机理想最高转速和功率输出能力的几个重要电磁参数进行了分析,重点对永磁磁链和直轴电感对电机弱磁扩速能力的影响进行了理论分析和有限元仿真。针对永磁同步电机低速转矩和弱磁扩速范围互相制约的问题,提出了兼顾电机的低速转矩性能和最高转速的参数设计方法。D、Q轴电感是影响永磁同步电机性能的重要参数,也是电机设计分析的难点;D、Q轴电感的预测直接关系到整个电机控制系统的性能。论文运用有限元软件对影响永磁电机电感的关键因素进行了分析和仿真,并就具体的电机设计了实验测试方法,对实验结果与仿真进行了对比分析。最后研制了实验样机,通过对样机实验数据和理论计算结果的对比,分析了实验和理论设计的误差来源,证明了本文对分数槽集中绕组永磁同步电机性能分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 永磁同步电机的发展现状
• 1.3 分数槽永磁同步电机发展应用和技术特点
• 1.3.1 分数槽集中绕组结构的技术特点
• 1.3.2 分数槽集中绕组电机的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 集中绕组与分布绕组性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 分数槽集中绕组的技术特点
• 2.3 不同极槽配合电机的性能对比
• 2.3.1 转矩性能的对比
• 2.3.2 损耗的对比
• 2.3.3 防失磁能力的对比
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁电机转矩特性及弱磁性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 永磁电机转矩性能分析
• 3.2.1 外型尺寸及极槽配合对电机转矩性能的影响
• 3.2.2 电磁参数对对转矩性能的影响
• 3.2.3 永磁同步电动机转矩波动分析
• 3.3 永磁同步电动机弱磁扩速能力的研究
• 3.3.1 弱磁扩速原理
• 3.3.2 永磁磁链对弱磁扩速能力的影响
• 3.3.3 直轴电感对永磁同步电机最高转速的影响
• 3.3.4 其他因素对电机弱磁扩速能力的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 几何参数与饱和效应对电感的影响
• 4.1 引言
• 4.2 几何参数对电机电感的影响
• 4.2.1 隔磁磁桥对电感的影响
• 4.2.2 永磁体厚度和气隙长度对直轴电感的影响
• 4.3 饱和效应对电机电感的影响
• 4.3.1 单相电感的饱和效应
• 4.3.2 D、Q 轴电感饱和效应分析
• 4.4 永磁同步电机D-Q 电感的实验检测
• 4.4.1 测试方法
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 样机试验
• 5.1 引言
• 5.2 电机试验
• 5.2.1 电机空载试验
• 5.2.2 电机的负载特性测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢