定子永磁型无轴承电机的设计与分析

发布时间：2017-09-16 20:20

  本文关键词：定子永磁型无轴承电机的设计与分析

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【摘要】：无轴承电机集驱动与自悬浮功能于一体,是目前高速及超高速电机研究领域的前沿。无轴承开关磁阻电机具有结构简单、成本低的优点,但其效率和功率密度低于无轴承永磁电机；而传统的无轴承永磁电机,永磁体置于转子,电机高速运转时永磁体散热和机械牢固性问题不容忽视。本文将无轴承开关磁阻电机的简单结构和无轴承转子永磁型电机的高效率相结合,提出并研究了一种新型的定子永磁型无轴承(Stator permanent magnet bearingless,简称SPMB)电机,并对双绕组SPMB电机进行了优化设计,推导了径向悬浮力数学模型,试制了实验样机,为该电机的进一步控制系统研究奠定了理论基础。本文的主要研究内容包括以下几个方面：1、提出了双绕组SPMB电机,对电机的运行原理以及悬浮原理进行了分析；2、阐述了双绕组SPMB电机通用设计方法,结合具体的设计参数给出了12/8极双绕组SPMB电机的初始尺寸；3、利用简单磁路法分析了双绕组SPMB电机的等效磁路,推导了电机的径向悬浮力数学模型；4、利用有限元软件对双绕组SPMB电机模型进行了参数化建模,综合电磁转矩和径向悬浮力输出特性对永磁体磁化方向厚度进行了局部优化,得到优化后的电机模型。以此为基础,分析了电机的磁场分布,验证了电机的悬浮原理,进一步分析了电机的电磁特性(空载磁链、绕组电感)、悬浮特性、转矩特性以及转子偏心对电机转矩和径向悬浮力输出的影响；5、提出了可以使控制电路进一步简化的两种共绕组SPMB电机结构,利用有限元软件对两种共绕组SPMB电机进行了建模,从电机磁场分布、悬浮特性以及转矩特性出发,对两种共绕组SPMB电机进行了分析,并对两种电机结构的径向悬浮力输出能力进行了对比研究；6、完成了双绕组SPMB电机样机的加工,对电机的悬浮绕组电感、电枢绕组电感和空载反电势进行了测试和分析,验证了双绕组SPMB电机理论的正确性。
【关键词】：无轴承 双凸极永磁电机 数学模型 径向悬浮力 本体设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM35
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 符号14-17
• 第1章 绪论17-27
• §1.1 无轴承电机的研究背景及常见结构17-21
• §1.1.1 无轴承电机产生的背景17-19
• §1.1.2 无轴承电机的常见结构19-21
• §1.2 无轴承电机的发展及概况21-22
• §1.2.1 研究历史21
• §1.2.2 研究现状21-22
• §1.3 定子永磁型电机的背景及概况22-26
• §1.3.1 定子永磁型电机产生的背景22
• §1.3.2 定子永磁型电机的概况22-26
• §1.4 本课题研究内容和论文结构26-27
• §1.4.1 课题主要研究内容26
• §1.4.2 论文结构26-27
• 第2章 双绕组SPMB电机基本结构和工作原理27-35
• §2.1 DSPM电机的典型结构27-28
• §2.2 无轴承电机的基本工作原理28-30
• §2.2.1 电机中的电磁力29
• §2.2.2 无轴承电机悬浮原理29-30
• §2.3 12/8极双绕组SPMB电机的提出及工作原理30-33
• §2.3.1 双绕组SPMB电机的提出30
• §2.3.2 双绕组SPMB电机基本结构30-31
• §2.3.3 双绕组SPMB电机的工作原理31-33
• §2.4 本章小结33-35
• 第3章 双绕组SPMB电机的设计35-47
• §3.1 定子永磁型无轴承电机设计特点与方法35-36
• §3.2 电机的功率方程36-37
• §3.3 通用的设计方法37-44
• §3.3.1 定转子齿极数和相数38
• §3.3.2 定、转子极弧的选取38-41
• §3.3.3 永磁体尺寸41-42
• §3.3.4 电机绕组的匝数42-44
• §3.4 双绕组SPMB电机的设计数据44-45
• §3.5 本章小结45-47
• 第4章 双绕组SPMB电机的电磁特性分析47-75
• §4.1 双绕组SPMB电机的数学模型47-57
• §4.1.1 转子位置角定义48
• §4.1.2 磁导表达式48-52
• §4.1.3 电感表达式52-55
• §4.1.4 悬浮力表达式55-57
• §4.2 双绕组SPMB电机的二维有限元建模及部分优化57-61
• §4.2.1 双绕组SPMB电机的二维有限元建模57-58
• §4.2.2 永磁体磁化方向厚度优化58-61
• §4.3 双绕组SPMB电机的磁场分析61-65
• §4.3.1 磁场分布61-62
• §4.3.2 永磁体和悬浮绕组共同作用下的磁场分布62-65
• §4.4 双绕组SPMB电机的电磁特性65-73
• §4.4.1 绕组磁链65-66
• §4.4.2 绕组电感66-68
• §4.4.3 双绕组SPMB电机的径向悬浮力68-71
• §4.4.4 双绕组SPMB电机的电磁转矩71-72
• §4.4.5 转子偏心对双绕组SPMB电机电磁特性的影响72-73
• §4.5 本章小结73-75
• 第5章 共绕组SPMB电机75-89
• §5.1 共绕组SPMB电机结构与功率电路75-77
• §5.1.1 共绕组SPMB电机结构75-76
• §5.1.2 改进式共绕组SPMB电机结构76-77
• §5.1.3 共绕组SPMB电机的功率电路77
• §5.2 两种共绕组SPMB电机的磁场分析77-78
• §5.3 两种共绕组SPMB电机的悬浮力与转矩特性78-85
• §5.3.1 共绕组SPMB电机的悬浮力与转矩特性78-82
• §5.3.2 改进式共绕组SPMB电机的径向悬浮力82-85
• §5.4 两种共绕组SPMB电机悬浮性能的对比分析85-88
• §5.5 小结88-89
• 第6章 双绕组SPMB电机样机性能测试89-95
• §6.1 样机实物89-91
• §6.2 电感测试91-92
• §6.3 反电势测试92-93
• §6.4 小结93-95
• 第7章 全文总结与展望95-97
• §7.1 全文总结95
• §7.2 展望95-97
• 参考文献97-103
• 攻读硕士期间的学术成果103-105
• 致谢105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王嘉楠;程明;贾红云;;新型定子永磁型无轴承电机电磁特性分析[J];微电机;2015年11期

2 程明;张淦;花为;;定子永磁型无刷电机系统及其关键技术综述[J];中国电机工程学报;2014年29期

3 刘奕辰;朱q，

本文编号：865208